§ 4.5 Реакция синтеза

Если мощность зарядов, в которых используются реакция деления тяжелых ядер, ограничена определенной величиной (порядка 100 тыс. т.), то применение реакции синтеза в термоядерных и комбинированных зарядах позволяет создать оружие практически с неограниченной мощностью.

Рис. 4.4. Конструкции атомных зарядов.

Ядерный синтез может быть осуществлен при слиянии различных легких ядер. Выделение энергии будет иметь место во всех случаях, когда после слияния ядер исходных веществ будут образовываться новые ядра с большими энергиями связи. Условия для протекания реакции синтеза могут возникнуть при температуре в десятки и сотни миллионов градусов. Создание высокой температуры с помощью внешнего источника необходимо лишь для начала реакции, а затем она сможет поддерживаться за счет собственной энергии. Если энергетические потери окажутся большими, чем выделяющаяся энергия, то температура понизится и термоядерная реакция прекратится.

С точки зрения получения энергии представляют интерес следующие реакции:

Наибольшее значение имеет реакция соединения Д и Т, которая может обеспечить в ядерных зарядах максимальное выделение энергии и испускание нейтронов высокой энергии, способных вызвать деление ядер изотопа U - 238, который в природной смеси урана содержится более 99 %. Следует отметить высокую стоимость радиоактивного трития, поэтому в качестве термоядерного горючего часто используют дейтерид лития . Оценка энергетического эффекта термоядерной реакции показывает, что при синтезе 1 кг гелия выделяется в 5 раз больше энергии, чем при делении 1 кг U - 235.

Принципиальная схема устройства термоядерного заряда (водородной бомбы) приведена на рис. 4.4. Первой фазой взрыва такого боеприпаса является деление урана (плутония), находящегося в ядерном детонаторе (запале). При нагреве вещества ядерного детонатора испускаются нейтроны и рентгеновское излучение. Детонатор и корпус заряда имеют специальную форму и конструкцию, которые позволяют фокусировать рентгеновское излучение на заряде термоядерного горючего и эффективно нагревать его. Возникает тепловая волна, обжимающая дейтерид лития. Образование трития и резкое повышение температуры инициируют основную термоядерную реакцию в боеприпасе, т.е. протекает вторая фаза взрыва - соединение ядер дейтерия и трития, при этом 70 % полного количества энергии, выделившейся в ходе протекания реакции синтеза, уносится быстрыми нейтронами, 20 % - ядрами атомов гелия и 2 % -  - квантами.

Если у заряда корпус изготовить из природного U -238, стоимость которого относительно невелика, то быстрые нейтроны могут вызвать деление ядер U -238. Это будет третья фаза взрыва. Такие боеприпасы, основанные на принципе “деление - синтез - деление”, называют трехфазными или комбинированными.

Нейтронный боеприпас

Развитие ядерного оружия шло как по линии увеличения мощности зарядов, так и по пути уменьшения мощности и массы боеприпасов. Уменьшение размеров и массы термоядерных зарядов довольно сложное дело. Прежде чем создать новое поколение ядерного оружия с избирательным характером поражающего действия, потребовались коренные изменения в принципах конструирования и технологии производства. Первым представителем новой разновидности ядерного оружия является нейтронный боеприпас, который по своему предназначению относится к тактическому ядерному оружию. Возможно появление и других разновидностей тактического ядерного оружия, например, с повышенным поражающим воздействием по ударной волне, но с уменьшенным количеством радиоактивных осадков и др.

Нейтронный боеприпас (рис.4.4) представляет собой малогабаритный термоядерный заряд мощностью не более 10 тыс. т., у которого основная доля энергии выделяется за счет реакции синтеза ядер дейтерия и трития, а количество энергии, получаемой в результате деления тяжелых ядер в детонаторе, минимально, но достаточно для начала реакций синтеза. Нейтронная составляющая проникающей радиации такого малого по мощности ядерного взрыва и будет оказывать основное поражающее воздействие на людей.

В отличие от термоядерных зарядов большой мощности с дейтеридом лития в нейтронных боеприпасах считается предпочтительным использовать смесь дейтерия и трития, которые могут входить в состав заряда в виде твердого вещества - гидрида металла или содержаться в сжатом газообразном состоянии. Для взрывов боеприпасов сверхмалой и малой мощности их требуется сравнительно немного (табл.4.1).

Таблица 4.1. Расчетные количества (кг) дейтериево-тритиевой смеси и трития, необходимые для осуществления взрывов различной мощности.

Состав	Тротиловый эквивалент, взрыва, тыс. т.
смеси	0,1	0,2	0,5	1,0	2,0
Д + Т	1,3	2,5	7,0	13,0	25,0
Т	0,8	1,5	4,0	8,0	15,0

Для нейтронного боеприпаса на одинаковом расстоянии от эпицентра взрыва доза проникающей радиации примерно в 5 - 10 раз больше, чем для заряда деления той же мощности. Нейтронный заряд может иметь артиллерийский снаряд калибром 203,2 мм, а также боевая часть к ракете “Ланс”.