Искусственное Солнце - Глеб Анфилов

Не слишком сложные теоретические исследования в сочетании с экспериментами дают на такой вопрос положительный ответ.

Чем же тогда объяснялась американская сверхсекретность?

Приводим слова того же Лэппа: «Видно, с ликвидацией нашей монополии на атомную бомбу отчаявшиеся конгрессмены захотели возродить чувство безопасности, установив монополию на водородную бомбу».

Чем располагает физик, задавшийся целью воссоздать на Земле сверхновую звезду — грандиозную термоядерную вспышку?

Прежде всего температурой во многие миллионы градусов, которая вызывается соединением кусков урана. Но длится такой нагрев ничтожно малый промежуток времени — всего одну миллионную долю секунды. И в это мгновение нужно втиснуть процессы синтеза гелия.

Каковы же они могут быть?

Точное повторение обычных звездных конвейеров — протонно-протонного и углеродного — очевидно, отпадает. Эти циклы реакций слишком медленны.

Но есть иные возможности. Чтобы найти их, воспроизведем в увеличенном масштабе левую часть графика удельных масс нуклонов в разных атомных ядрах.

Мы не забыли, что чем ниже ядро на этой кривой, тем оно устойчивее. Реакции с выделением энергии — как бы прыжки ядер вниз. А самое нижнее и, стало быть, самое устойчивое ядро здесь принадлежит гелию-4. Оно и является желательным конечным продуктом реакций.

Слева, повыше гелия-4 расположились: обычный водород, тяжелый водород (дейтерий) и сверхтяжелый водород (тритий). Напомним, что ядро дейтерия (дейтон) вмещает протон и нейтрон, ядро трития — протон и два нейтрона.

Какими путями взаимодействуют перечисленные легкие атомные ядра?

Стремясь к большей устойчивости, они в результате парных соударений могут перестраиваться следующим образом:

Как видите, самым кратковременным взаимодействием, дающим к тому же весьма большой выход энергии, является слияние дейтона с ядром трития. Отсюда ясен и простейший способ возбудить на Земле термоядерный взрыв. Смесь тяжелого и сверхтяжелого водорода достаточно разместить вокруг запала, состоящего из обычной урановой или плутониевой бомбы. Когда запал взорвется, под влиянием развившейся огромной температуры ядра изотопов водорода сольются в ядра гелия-4, излучая колоссальную энергию.

По всей вероятности, именно таким был термоядерный взрыв, произведенный американцами в 1952 году под шифрованным наименованием «Майк». Испытания прошли на атолле Эниветок в Тихом океане (Маршальские острова). Там была устроена громоздкая, тяжеловесная 65-тонная установка, собранная на высоком металлическом основании. Тритий (который не добывается в природе, а вырабатывается из лития путем облучения его нейтронами) американцы готовили в специальных реакторах у реки Саванны, в штате Южная Каролина. Строительство этого предприятия обошлось в баснословную сумму — почти в полтора миллиарда долларов.

Взрыв оказался в 25 раз мощнее атомных. Он смел с лица Земли остров длиной в 5 и шириной в 1,5 километра.

И тем не менее этой термоядерной «башне» было еще очень далеко до настоящей водородной бомбы.

Ведь башню не поднимешь в воздух, не сбросишь на цель.

Однако вернемся к нашему рассказу.

Смесь дейтерия с тритием — горючее, не очень подходящее для бомбы. Сверхтяжелый водород трудно изготавливать. Кроме того, он сильно радиоактивен — в течение 12 лет наполовину распадается.

Чтобы уменьшить количество необходимого трития, его можно использовать не в качестве основного горючего, а лишь для усиления уранового запала, чтобы открыть возможность соединения дейтонов (первая и вторая реакция, стр. 128), а также взаимодействию дейтонов с протонами (ускоренная вторая ступень протонно-протонного солнечного конвейера). На этом принципе мыслима термоядерная бомба с запалом из урана или плутония, вокруг которого находится смесь дейтерия  и трития, служащая как бы продолжением запала, и поверх всего этого — основное термоядерное горючее: смесь дейтерия с водородом.

Однако и в такой системе хоть и в малых дозах, но остался необходимым дорогостоящий и неудобный тритий.

Продолжив наш график немного вправо, мы увидим правее самого нижнего ядра (гелия-4) ядра лития, причем помещаются они намного выше. Значит, альфа-частицы гораздо устойчивее ядер лития и, следовательно, превращение лития в гелий тоже даст выделение энергии.

Существует два изотопа лития — с массовыми числами 6 и 7.

В тонне природного металла первого изотопа содержится только 74 килограмма. Остальное составляет литий-7. Однако разделение изотопов лития вполне доступно современной технике..

Эти новые элементы термоядерного горючего способны взаимодействовать следующим образом:

Чтобы реализовать написанные реакции и освободить внутриядерную энергию, достаточно в наружной оболочке добавить к дейтерию и водороду литий. Можно пойти и дальше: ввести литий в запал. Тогда добавлять к содержимому бомбы тритий уже не потребуется, ибо он станет вырабатываться из-за бомбардировки лития-6 нейтронами. Они в большом количестве выделяются при взрыве атомного запала — во время цепной реакции деления ядер урана или плутония, а чуть позднее — при взаимодействии дейтонов. Процесс пойдет по реакции:

Дейтерий, водород, тритий — газы. Но газообразное горючее для термоядерной бомбы не годится: оно занимает слишком большой объем, имеет малую плотность, малую теплопроводность, а поэтому не успевает быстро прогреться от взрыва запала.

Можно попытаться либо очень сильно сжать газы, либо охладить их градусов на 250 ниже нуля и превратить таким способом в жидкость, либо применить изотопы водорода связанными с кислородом—в виде тяжелой, сверхтяжелой и обычной воды. Однако подготовка и использование подобных видов термоядерного горючего встречают серьезные затруднения.

Сильно сжать газ очень трудно. Чтобы сохранить его под высоким давлением, нужна необычайно прочная и, следовательно, тяжелая оболочка. Превратить газообразное горючее в жидкое путем охлаждения легче, но в этом случае опять-таки требуется мощная теплоизоляционная оболочка — очевидно, со слоями жидкого азота и твердой углекислоты. Начинить бомбу водой совсем легко. Однако вода — не только водород.

Здесь появляется и «негорючий» балласт — кислород.

Все эти мощные оболочки и балластные примеси весьма отрицательно сказываются на развитии термоядерного взрыва. Они резко снижают нагрев горючей смеси.

Самое выгодное — применить термоядерное горючее в чистом виде, а, главное, сделать его твердым, не нуждающимся в особых оболочках. И это, оказывается, возможно.

Схема водородной бомбы на «термоядерном порохе» — дейтериде лития -6

Удается получить твердые соединения изотопов водорода с материалом запала - ураном или плутонием. Наконец, еще эффективнее путь, открываемый благодаря применению того же лития.

Химически соединяясь с изотопами водорода, литий образует твердые вещества — гидриды, в которых водородные атомы расположены теснее, чем даже в чистом жидком водороде.

Особенно сильный взрыв дает гидрид лития-6 с дейтерием — дейтерид лития-6 (Li6D). При взрыве он освобождает тритий и обеспечивает, как сообщалось в научной печати, нагрев до 300 миллионов градусов. При такой температуре успевает совершиться и превращение Li36+D12 →2Не24 , что также сопровождается огромным выделением ядерной энергии.

Дейтерид лития-6 — твердый термоядерный «порох». Сила его взрыва неслыханно велика. Взрыв этого вещества, похожего по виду на обыкновенную мирную столовую соль, в миллиарды раз мощнее вспышки обычного химического пороха.

Саперу надо свалить дерево. Он привязывает к стволу небольшую, с кусок туалетного мыла, желтую пластинку тола, присоединяет детонатор с бикфордовым шнуром, воспламеняет шнур спичкой и отбегает в сторону. Проходит несколько секунд — раздается взрыв, и дерево падает. Двухсотграммовой пластинки химического взрывчатого вещества хватило на то, чтобы разорвать волокна толстого древесного ствола.

Вообразите теперь, что из подобных плиток сложен штабель размером в шестиэтажный дом— 20 тысяч тонн тола. Если взорвать его, получится эффект, примерно равный взрыву обыкновенной атомной бомбы — типа той, что разрушила Хиросиму (разумеется, без губительной радиоактивности). И такой взрыв создается соединением двух кусков металла общим объемом примерно в две— три маленькие толовые шашки.