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
О мой бог: знаменитые российские мужчины старше 50 лет с безупречным телом О мой бог: знаменитые российские мужчины старше 50 лет с безупречным телом

Посмотрим, кто из звезд за 50 может дать фору молодым артистам

Cosmopolitan
Суверенизация обернулась потерей качества и скорости Суверенизация обернулась потерей качества и скорости

Итоги тестирования оборудования для контроля интернет-трафика

РБК
Красавица-каннибал: Омайма Нельсон — модель, ставшая убийцей Красавица-каннибал: Омайма Нельсон — модель, ставшая убийцей

Омайма Нельсон из Египта убила своего мужа хладнокровно и с особой жестокостью

Cosmopolitan
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
Первое синтетическое лекарство: как изобрели аспирин Первое синтетическое лекарство: как изобрели аспирин

В век промышленной революции ивовая кора от головной боли выглядело несолидно

Популярная механика
Деньги не пахнут: звезды, которые получали гонорары за сомнительные поступки Деньги не пахнут: звезды, которые получали гонорары за сомнительные поступки

Что заставляет звезд, уже миллионеров, заниматься странными делами

Cosmopolitan
Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы Huawei показал складной смартфон с 5G и обновление экосистемы

Huawei показала компоненты собственной цифровой интеллектуальной экосистемы

Популярная механика
Почему российские футболисты почти не играют в Европе Почему российские футболисты почти не играют в Европе

Пытаемся ответить на главный философский вопрос нашего футбола

GQ
Малыш, а как же я? Малыш, а как же я?

Рождение ребенка само по себе не гарантия счастья, тем более мгновенного

Cosmopolitan
Арестантская башня на Новой Голландии Арестантская башня на Новой Голландии

Уверяют, что поговорка в виде совета «не лезь в бутылку» родилась в Петербурге

Дилетант
«Денег никому не хватает». Исполнитель главной роли в фильме «Калашников» о борьбе и наградах «Денег никому не хватает». Исполнитель главной роли в фильме «Калашников» о борьбе и наградах

В прокат вышел фильм Константина Буслова «Калашников» с Юрием Борисовым

Forbes
5 сериалов для тех, кто мечтает работать в модной индустрии 5 сериалов для тех, кто мечтает работать в модной индустрии

О самых интересных сериалах, рассказывающих о модной индустрии

Cosmopolitan
«Скандал»: блондинки начинают и выигрывают «Скандал»: блондинки начинают и выигрывают

Какую обычно реакцию вызывает обвинение в харрасменте?

Psychologies
Очень полезная fishka Очень полезная fishka

Лучшее время для рыбной диеты – зима

Лиза
«Всё только начинается» «Всё только начинается»

Балерина Светлана Захарова и скрипач Вадим Репин дают совместное интервью

OK!
Сели на шею Сели на шею

Аккуратный отложной воротничок — ваш билет в счастливое детство

Vogue
Как оупенспейс влияет на самочувствие и производительность Как оупенспейс влияет на самочувствие и производительность

Рассказываем о плюсах и минусах пространств в формате оpen space

РБК
Царь-пушка Царь-пушка

По случаю выхода фильма «Калашников» мы решили разобрать Калашникова

Maxim
Что смотреть в Сингапуре: основные туристические места Что смотреть в Сингапуре: основные туристические места

Город-государство Сингапур целиком состоит из противоречий

Esquire
Прекрасен их союз Прекрасен их союз

Самые крутые звездные пары, которые растопят ваши сердца

Grazia
Отряд Дамбл… Давора Отряд Дамбл… Давора

Как родители и дети решили отстоять директора школы

Русский репортер
Kosmo как предчувствие Kosmo как предчувствие

Как реконструкция офисного здания может способствовать его выгодной продаже

Forbes
Закатать в биобанку Закатать в биобанку

Кто и зачем в России собирает биологические материалы людей и животных

Русский репортер
Тяжелый развод и страшный диагноз: звезды, похудевшие после серьезных потрясений Тяжелый развод и страшный диагноз: звезды, похудевшие после серьезных потрясений

Звезды, которым удалось сбросить вес после того, как судьба бросила им вызов

Cosmopolitan
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
«Мать» и «папа»: самое мощное оружие в мире «Мать» и «папа»: самое мощное оружие в мире

О грозных бомбах, являющихся самыми мощными на планете

Популярная механика
Стас Пьеха: «Развод - дорога к счастью каждого из тех, кто в нем участвует» Стас Пьеха: «Развод - дорога к счастью каждого из тех, кто в нем участвует»

Стас Пьеха рассказал о том, как пережить развод и почему институт брака устарел

Cosmopolitan
Как правильно пить мартини: 9 изысканных способов употребления вермутов Как правильно пить мартини: 9 изысканных способов употребления вермутов

Один из любимых напитков Джеймса Бонда и не только

Playboy
Успокоительное прошлое: почему нас никак не отпустит ностальгия? Успокоительное прошлое: почему нас никак не отпустит ностальгия?

Почему в 2010-е общество пережило XX век и что заставляет нас возвращаться

РБК
Открыть в приложении