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
9 эффективных способов борьбы с постоянным стрессом 9 эффективных способов борьбы с постоянным стрессом

Стресс неизбежен, но можно научиться справляться с ним здоровыми способами

Psychologies
Телефонное излучение: какие смартфоны считаются опасными Телефонное излучение: какие смартфоны считаются опасными

Любите подолгу болтать по мобильнику?

Популярная механика
7 способов снять тревогу без успокоительных 7 способов снять тревогу без успокоительных

Мы можем справиться с беспокойством, не прибегая к помощи лекарств

Psychologies
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
«Отмывание в интересах Путина»: за что США ввели санкции против Дерипаски «Отмывание в интересах Путина»: за что США ввели санкции против Дерипаски

Чем грозит миллиардеру заявление Минфина США?

Forbes
Деми и ее Демоны Деми и ее Демоны

У пятидесятисемилетней Деми Мур давно не было громких премьер

Караван историй
«Неизбранные дороги» с Хавьером Бардемом и Эль Фаннинг — неуклюжая история, спасенная прекрасными актерами «Неизбранные дороги» с Хавьером Бардемом и Эль Фаннинг — неуклюжая история, спасенная прекрасными актерами

На Берлинском кинофестивале показали новый фильм Салли Поттер

Esquire
Февральская православная революция Февральская православная революция

620-тысячную страну-курорт заливает волна народных протестов

Русский репортер
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
Сотворение Де Ниро Сотворение Де Ниро

Корреспондент Esquire отправился на встречу с Робертом Де Ниро

Esquire
Смерть сына, секс-скандал и самолеты: захватывающая биография Джона Траволты Смерть сына, секс-скандал и самолеты: захватывающая биография Джона Траволты

По биографии Джона Траволты можно снять необычное кино

Cosmopolitan
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
Серая футболка Абрамовича. Почему простая одежда стала символом успеха и прогресса Серая футболка Абрамовича. Почему простая одежда стала символом успеха и прогресса

Как мы перешли к осознанной моде и нужно ли теперь отказываться от брендов

Forbes
Ваш сын и муж Ваш сын и муж

История мужчины, который живет в буквальном смысле между двух огней

Добрые советы
Археология в 2019 году: несколько интересных находок Археология в 2019 году: несколько интересных находок

Интересные археологические находки 2019 года

Наука и жизнь
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
Эгоистка и грубиянка. Как общественные ожидания развивают у девочек тревожность Эгоистка и грубиянка. Как общественные ожидания развивают у девочек тревожность

Вероятность депрессии у девочек в подростковом возрасте выше, чем у мальчиков

Forbes
9 безумных гаджетов, которые реально существуют 9 безумных гаджетов, которые реально существуют

Инженеры не перестают удивлять оригинальными решениями, делающими жизнь проще

Популярная механика
«Ковен дур». Новые романы и рассказы участниц литературного стендапа «Ковен дур». Новые романы и рассказы участниц литературного стендапа

Рассказы четырех молодых писательниц

СНОБ
Виктория Исакова: «Я во всем ищу смыслы» Виктория Исакова: «Я во всем ищу смыслы»

Мы попытались выяснить, чего хочет от жизни актриса Виктория Исакова

Glamour
Как предотвратить выгорание сотрудников на работе: 3 совета руководителям Как предотвратить выгорание сотрудников на работе: 3 совета руководителям

С выгоранием сотрудников можно и нужно бороться

Playboy
Как по маслу Как по маслу

Почему бы не разнообразить рацион другими полезными маслами

Здоровье
Бабочка огня: откуда пришли женщины «янь» Бабочка огня: откуда пришли женщины «янь»

Есть женщины, из которых энергия бьет ключом

Psychologies
Как часто нужно менять постельное белье — точно не раз в месяц Как часто нужно менять постельное белье — точно не раз в месяц

Как часто нужно менять постельное белье, чтобы оно оставалось безопасным?

Cosmopolitan
Когда сигары недостаточно: чем правильно закусывать виски, чтобы не убить образ эстета Когда сигары недостаточно: чем правильно закусывать виски, чтобы не убить образ эстета

Виски нельзя, как водку, занюхивать и закусывать чем попало

Playboy
Как помочь ребенку выбрать занятие и поддерживать к нему интерес Как помочь ребенку выбрать занятие и поддерживать к нему интерес

Каждый родитель желает своим детям счастливого детства и перспективного будущего

Psychologies
Porsche Taycan. Создание новой реальности Porsche Taycan. Создание новой реальности

Что может пригодиться в условиях стремительно меняющейся реальности?

4x4 Club
Рогоносец: почему троллейбусы не путаются “рогами”? Рогоносец: почему троллейбусы не путаются “рогами”?

Пока этот динозавр не вымер, мы разобрались, как эта штука приходит в движение

Популярная механика
MAXIM рецензирует румынский нуар «Свистуны» MAXIM рецензирует румынский нуар «Свистуны»

«Свистуны» — олицетворение классического нуара

Maxim
Открыть в приложении