Как устроена водородная бомба

Пресловутая американская бомба В61 является термоядерной, или как их еще не совсем правильно, но часто, называют – водородной. Ее разрушительное действие основано на использовании реакции ядерного синтеза легких элементов в более тяжелые (например, получения одного атома гелия из двух атомов дейтерия), при которой выделяется огромное количество энергии. Теоретически запустить такую реакцию можно и в среде жидкого дейтерия, но это сложно с точки зрения конструкции. Хотя первые испытательные взрывы на полигоне производились именно так. Но получить изделие, которое бы можно было доставить к цели самолетом, удалось только благодаря соединению тяжелого изотопа водорода (дейтерия) и изотопа лития с массовым числом 6, известного сегодня как дейтерид лития-6. Помимо “ядерных” свойств, его главное преимущество заключается в том, что он твердый и позволяет хранить в себе дейтерий при плюсовых температурах внешней среды. Собственно, именно с появлением доступного 6Li и появилась возможность реализовать на практике в виде оружия.

Американская термоядерная бомба основана на принципе Теллера-Улама. С известной долей условности ее можно представить в виде прочного корпуса, внутри которого находится инициирующий триггер и контейнер с термоядерным горючим. Триггером, или по-нашему детонатором, служит небольшой плутониевый заряд, задача которого сводится к созданию начальных условий для запуска термоядерной реакции – высокой температуры и давления. “Термоядерный контейнер” содержит в себе дейтерид лития -6 и расположенный строго по продольной оси плутониевый стержень, играющий роль запала термоядерной реакции. Сам контейнер (может изготавливаться как из урана-238, так и из свинца) покрыт соединениями бора для защиты содержимого от преждевременного разогрева потоком нейтронов от триггера. Точность взаимного расположения триггера и контейнера чрезвычайно важна, по этому, после сборки изделия, внутреннее пространство заливается специальным пластиком, проводящим излучение, но при этом обеспечивающим надежную фиксацию во время хранения и до этапа подрыва.

При срабатывании триггера 80% его энергии выделяется в виде импульса так называемого мягкого рентгеновского излучения, который поглощается пластиком и оболочкой “термоядерного” контейнера. По ходу процесса и то и другое превращается в высокотемпературную плазму, находящуюся под большим давлением, и обжимающую содержимое контейнера до объема, составляющего менее чем тысячную долю от исходного. Тем самым плутониевый стержень переходит в надкритическое состояние, становясь источником собственной ядерной реакции. Разрушение ядер плутония создает нейтронный поток, который, взаимодействуя с ядрами лития-6, высвобождает тритий. Он уже вступает во взаимодействие с дейтерием и начинается та самая реакция синтеза, выделяющая основную энергию взрыва.

Вот вам схема:

A: Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы.
B: Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления.
C: В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола.
D: Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла.
E: В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…

Ну а пока оно все не бабахнуло, термоядерная В61 представляет собой привычного вида “бомбообразную железяку” длиной 3,58 метра и диаметром 33 см, состоящую из нескольких частей. В носовом обтекателе – управляющая электроника. За ним отсек с зарядом, внешне выглядящим как совершенно неброский металлический цилиндр. Потом еще относительно небольшой отсек с электроникой и хвостовик с жестко закрепленными стабилизаторами, содержащий тормозной стабилизирующий парашют, для замедления скорости падения, чтобы сбросивший бомбу самолет получил время уйти из зоны воздействия взрыва.

Кстати, на авиабазе Рамштайн в Германии лежит 12 штук бомб В61.

Общий объём производства всех модификаций B61 составляет примерно 3155 изделий, из которых на вооружении находится около 150 стратегических бомб плюс около 400 нестратегических, и ещё около 200 нестратегических бомб хранится в резерве — итого около 750 изделий. Куда же делись остальные? Да, их сколько-то потеряли — но не две с лишним тысячи.

Как выяснилось, бомбы тоже ржавеют. Даже атомные. Хотя это выражение и не стоит воспринимать буквально, общий смысл происходящего именно такой. По целому ряду естественных причин сложное оружие с течением времени утрачивает свои изначальные свойства настолько, что возникают весьма серьезные сомнения в его срабатывании, если дело до того дойдет. Изготовители ядерных боеголовок по обе стороны океана дают одинаковый гарантийный срок на свои изделия – как правло, 20 лет (и очень редко когда срок доходит до 30 лет). Поскольку вряд речь идет о корпоративном сговоре монополистов, очевидно, что проблема – в законах физики.

Я совсем не занудства ради выше подробно расписывал устройство американского тактического “ядренбатона”. Без него сложно было бы понять суть проблемы, с которой столкнулись США, и которую пытались скрывать на протяжении как минимум последних 15 лет. Вы помните, бомба состоит из “бака с термоядерным топливом” и плутониевого триггера – зажигалки. С тритием-то там никаких проблем. Дейтерид-лития-6 – вещество твердое и по своим характеристикам достаточно стабильное. Обычная взрывчатка, из которой состоит детонационная сфера первоначального инициатора триггера, со временем свои характеристики конечно меняет, но ее замена особой проблемы не создает. А вот к плутонию есть вопросы.

Оружейный плутоний – он распадается. Постоянно и неостановимо. Проблема боеспособности “старых” плутониевых зарядов в том, что с течением времени уменьшается концентрация Плутония 239. Из-за альфа-распада (ядра Плутония-239 «теряют» альфа-частицы, представляющие из себя ядра атома Гелия), вместо него образуется примесь Урана 235. Соответственно, растёт критическая масса. Для чистого Плутония 239 – это 11кг (10см сфера), для урана – 47 кг (17см сфера). Уран -235 также распадается (это как и в случае с Плутонием-239, тоже альфа-распад), загрязняя плутониевую сферу Торием-231 и Гелием.Примесь плутония 241 (а оно всегда есть, хоть и доли процентов) с периодом полураспада в 14 лет, также распадается (в этом случае идет уже бета-распад – Плутоний-241 «теряет» электрон и нейтрино), давая Америций 241, ещё более ухудшающий критические показатели (Америций-241 распадается по альфа-варианту до Нептуния-237 и все того же Гелия).

Когда я говорил про ржавчину, я не сильно-то и шутил. Плутониевые заряды “стареют”. И их, как бы, невозможно “обновить”. Да, теоретически, можно поменять конструкцию инициатора, расплавить 3 старых шарика, сплавить из них 2 новых… Увеличив массу с учётом деградации плутония. Однако “грязный” плутоний – ненадёжен. Даже увеличенный “шарик” может не выйти на сверхкритическое состояние при обжатии во время взрыва… А если вдруг по какой-то статистической прихоти в полученном шарике образуется повышенное содержание Плутония-240 (образуется из 239 захватом нейтрона) – то наоборот, может бабахнуть прямо на заводе. Критичной величиной является 7% Плутония-240, превышение которой может привести к изящно сформулированной «проблеме» – «преждевременной детонации».

Таким образом, мы приходим к выводу о том, что для обновления парка B61 Штатам нужны новые, свежие плутониевые инициаторы. Но официально – реакторы-размножители в Америке были закрыты еще в 1988 году. То есть нового плутония-239 взять неоткуда. Приходится чистить от примесей старый — а это процесс не без потерь. Плутоний у США «усыхает», как шагренева кожа.

Впрочем, судя по информации открытых источников, пока ядерная начинка в В61 еще не совсем до конца «протухла». Лет 15–20 изделие еще кое-как срабатывать будет — но про установку на максимальную мощность можно забыть. Значит, что? Значит, надо придумать, как ту же бомбу можно класть точнее.

По поводу точности и дальности применения. Полигонные испытания В61 первых моделей показали, что с дальности в 40–45 километров 67% изделий попадало в круг радиусом около 180 метров.

Серийный комплект оборудования для переоснащения сопоставимой по размеру и весу обычной фугасной авиабомбы типа GBU в высокоточную в США стоит всего 75 тыщ долларов. Несложно догадаться, что с точки зрения этого комплекта никакой пронципиальной разницы между бомбой обычной и атомной нет. Но знаете, сколько будет стоить модернизация B61?

Эксперты из NNSA прогнозируют размер расходов на переделку всего текущего боезапаса В61 в сумме, по меньшей мере, в 8,1 млрд. долл. к 2024 году. Это если ничто никуда к тому моменту не подорожает, что для американских военных программ есть ожидание абсолютно фантастическое. Если этот бюджет поделить на 600 изделий, предполагающихся к модернизации, то калькулятор мне подсказывает, что денег понадобится как минимум по 13,5 млн. баксов за штуку. Ощущаете размер гешефта и распила бабла?

Впрочем, существует весьма ненулевая вероятность, что вся программа В61-12 полностью так и не будет реализована. Названная сумма уже вызвала серьезное недовольство Конгресса США, серьезно занятого поиском возможностей секвестра расходов и сокращения бюджетных программ. Включая оборонные.

Источник материала