Шипение снарядов - Александр Прищепенко

D + Т → Не4 + n + 17,6 МэВ

которая на единицу массы реагентов обеспечивает выход в несколько раз большей энергии, чем реакция деления. Однако и дейтерий (D) и тритий (Т) при нормальных условиях — газы, достаточные количества которых сложно «собрать» в устройстве разумных размеров. Но оказалось возможным инициировать синтез в твердых гидридах изотопа лития-6 (Li6D и Li6T), «перевалив», с помощью заряда деления, необходимое для этого значение комбинации температуры топлива и времени его удержания при этой температуре. «Перевалить», кстати, оказалось не так просто: для этого плотности энергии разлетающегося во все стороны вещества заряда хватает не всегда, нужно сконцентрировать энергию взрыва. Имплозивный режим был реализован при сжатии топлива рентгеновским излучением, которое распространяется намного быстрее как потока вещества заряда, так и ударной волны.

Рис. 3.23 Слева вверху: схема американской авиабомбы Мк-15 mod3, с двухфазным («чистым») зарядом. Вес изделия — 3447 кг, энерговыделение — 3,8 Мт. Заряд включает: запал 1, массивный буфер 2, трубу 3, изготовленную из легкоионизуемого пенополистирола, ампулу с термоядерным топливом 4 и трубку 5 из U235 (при хранении заряда эта трубка служит для удаления гелия-3,— продукта распада содержащегося в топливе трития). Справа — последовательность событий при взрыве заряда. Выход рентгеновского излучения через прозрачный для него корпус запала и диффузия излучения (показано зеленоватым цветом) в пенополистирол («а»). Поток вещества, бывшего зарядом, сдерживается буфером, чтобы он не нарушил цилиндрическую симметрию сжатия ампулы. Давление рентгеновского излучения превышает миллиард атмосфер, а давление образованной им плазмы — еще почти на порядок выше. Топливо сжимается к оси ампулы и разогревается (происходит радиационная имплозия). В сжатом топливе (которое дополнительно «подогревает» деление в длинном сверхкритическом стержне, бывшим ранее трубкой 5), начинается термоядерная реакция («б»). Далее происходит расширение плазмы и начинается образование огненного шара ядерного взрыва («в»). Снимки слева внизу: авиабомба Мк-43 и ампула с буфером — элементы ее термоядерного заряда. При взрыве Мк-43, весящей 960 кг, энерговыделение достигало 1 Мт

По мере того как синтез самых «легкозажигаемых» изотопов разогревает топливо, в нем начинают протекать вторичные реакции с участием как содержавшихся в смеси, так и образовавшихся ядер:

D + D → T + p + 4 МэВ;

D + D → He3 + n + 3,3 МэВ;

T + T → He4 + 2n + 11,3 МэВ;

He3 + D → He4 + p + 18,4 МэВ;

Li6 + n → He4 + T + 4,8 МэВ;

так что и литий не оказывается «балластом». При этом ядра ускоряются не напряжением, как в нейтронной трубке, а приобретают необходимую энергию при повышении температуры. Это — истинные термоядерные взаимодействия, а не похожие на них реакции срыва.

Сечения процессов, происходящих в ампуле, неодинаковы и, конечно, не все топливо успевает прореагировать. Энергетический вклад вторичных взаимодействий зависит от конструкции заряда и может оказаться существенным, но он намного меньше, чем могла бы дать реакция того же количества ядер дейтеротритиевой смеси, которая, к тому же, быстротечна настолько, что температура на фронте синтеза [59] существенно выше и достигает миллиарда градусов: продукты реакции в этой узкой области не успевают «уравнять» свою энергию в столкновениях с окружающими частицами.

Значительная часть энергии синтеза может пропасть для взрыва:

для реакции D+T более 80 % ее «ускользнуло» бы из огненного шара с быстрыми нейтронами, пробег которых в воздухе составляет многие километры. Эта часть энергии рассеялась бы в соответствующих размеров воздушной сфере, вызвав лишь слабое её возмущение, поэтому в образцах термоядерного оружия, которые рассчитаны на взрывной эффект, такого не допускают, реализуя еще и третью фазу, для чего ампула окружается тяжелой оболочкой из отвального урана, из которого также изготавливается и буфер. Нейтроны, испускаемые при рападе U238 имеют слишком малую энергию, чтобы вызывать последующие акты деления, но этот изотоп делится под действием «внешних» высокоэнергетичных нейтронов от термоядерных реакций. Нецепное деление в U238 дает прибавку энергии огненного шара, иногда превалирующую даже над вкладом термоядерных реакций.

В ампуле нет веществ, в которых при нормальных условиях может возникнуть цепная реакция, поэтому их количество не ограничено, а значит — у энерговыделения термоядерного заряда нет верхнего предела, вроде того, который существует для заряда деления. На каждый килограмм веса трехфазных изделий приходится несколько килотонн тротилового эквивалента — они существенно превосходят по удельным характеристикам другие классы ядерного оружия!

Неприятная особенность трехфазных боеприпасов — повышенный выход испускающих все виды радиации осколков деления. Нельзя сказать, что двухфазные заряды не загаживают местность нейтронами, вызывающими в практически всех элементах ядерные реакции, не прекращающиеся и спустя многие годы после взрыва [60], а также — осколками деления своих «запалов», но все познается в сравнении, и трехфазные далеко превосходят их в этом отношении. Превосходят настолько, что некоторые боеприпасы выпускались в двух вариантах: «грязных» — трехфазных и «чистых». Последние предназначались для применения на территории, где предполагались действия своих войск, и ради обеспечения их безопасности, шли на снижение мощности. Так, например, американская авиабомба Мк-36 (рис. 3.24) выпускалась в двух идентичных по внешнему виду вариантах: «грязном» Mk-36Y1, с энерговыделением 9 тротиловых мегатонн, и вдвое уступавшем ему по мощности, «чистом» варианте Mk-36Y2.

Рис. 3.24 Авиабомба Мк-36 (верхний снимок) поступила на вооружение Стратегического авиационного командования ВВС США в 1956 году. Каждый из ее вариантов («чистый» и «грязный») производился в двух модификациях. В свое время на долю бомб этого типа приходилось более половины энерговыделения американского ядерного арсенала. Менее мощная авиабомба Мк-28 (нижний снимок, позже обозначение было изменено на В-28) производилась в пяти основных вариантах, а число модификаций конструкции достигло 20. Варианты отличались «чистотой» и энерговыделением (от 70 кт до 1,45 Мт). На снимке — B-28TN, это изделие не имело тормозного парашюта и предназначалось для подвески в бомбоотсеках самолетов В-52 и F-105

О «грязных» боеприпасах все знали и в 60-е годы в армиях, тогда знаменитых своим крайне высоким уровнем технической оснащенности, не только личный состав, но и средства обеспечения его мобильности снабжали противогазами [61] (рис. 3.25).

Понятно, что если ради снижения выхода осколков деления шли на понижение мощности, то и на запал (ядерный заряд) посматривали косо. Попытались от него избавиться, заменив деление сверхскоростной кумуляцией: головной элемент струи, состоявшей из термоядерного топлива, разогнали до сотни километров в секунду и — по топливу же — ударили (в момент столкновения температура и плотность возрастают значительно). Но на фоне взрыва килограммового кумулятивного заряда «термоядерная» прибавка энергии оказалась ничтожной, и эффект зарегистрировали лишь косвенно — по незначительному выходу нейтронов. Отчет об этих проведенных в США опытах был опубликован в 1961 году в сборнике «Атом и оружие», что при тогдашней параноидальной секретности само по себе свидетельствовало о неудаче.

Рис. 3.25 Оснащение конского поголовья противогазами — важный элемент обеспечения мобильности войск в условиях ядерного конфликта

Не «увенчались» и попытки использовать энергию взрыва «кружным путем». В 1989 году автор принимал участие в конференции «Мегагаусс-5», где обсуждались вопросы магнитной кумуляции. Привлек внимание доклад пожилого китайского ученого. Нагрузкой его спирального взрывомагнитного генератора (СВМГ) [62] служили две концентрические сферические сетки (рис. 3.26). Нагрузка автора не заинтересовала, в отличие от характеристик генератора. Китаец неплохо говорил по-русски (окончил в свое время, как и автор, МИФИ) и быстро выяснилось, что характеристики генератора от оптимальных далеки. Вероятно, разочарование слушателя раззадорило ханьца, потому что, отвечая на заданный автором уже из вежливости вопрос о нагрузке, он ответил, что сетка предназначена «для имплозии». Распаляясь, он ответил и на следующий вопрос — о начальной и конечной плотности сжимаемого вещества, после чего прояснилось многое, в том числе и то, что до «зажигания» синтеза (это слово никем из собеседников, понятно, не произносилось) очень далеко.