Термоядерное оружие - [20]
В литературе подробнее всего обсуждались термоядерные реакции водорода, его тяжелых изотопов: дейтерия и трития, и двух изотопов лития: лития 6 и лития 7. В табл. 4 приводится перечень этих реакций с обозначением их теплового эффекта в миллиардах калорий на грамм-атом[8], тротилового эквивалента в тысячах тонн на 1 кг заряда и продолжительности реакции при температуре 20 млн. градусов.
При рассмотрении возможностей широкого использования тех или иных ядерных реакций в водородной бомбе следует учесть ряд обстоятельств. Важнейшими из них являются: доступность и дешевизна «взрывчатого вещества», возможность возбуждения термоядерных реакций при температурах атомного «запала» и величина энергии при протекании данной реакции. Чем больше эта энергия, тем выше поднимается и легче поддерживается температура и тем сильнее действие взрыва.
Для сравнения в таблицу включены данные о делении урана или плутония. Изотопы водорода Н>1, Н>2 и Н>3 обозначены Н, D и Т.
Таблица 4[9]
| Характеристика некоторых термоядерных реакций | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| № по пор. | Ядерные реакции | Тепловой эффект в млрд. кал. на 1 грамм-атом | Тротиловый эквивалент в тысячах тонн на 1 кг[9]. | Энергия, выделяемая 1 кг веществ, участвующих в реакции, в | Продолжительность реакции при температуре 20 млн. градусов |
| 1 | Н+Н=D+>1β>0 | 34 | 1,8 | 1,66∙10>10 | 10>11 лет |
| 2 | Н+D=>2Не>3 | 120 | 6,2 | 3,9∙10>10 | 0,5 сек. |
| 3 | Н+Т=>2Не>4 | 480 | 23,5 | 11,7∙10>10 | 0,05 сек. |
| 4 | D+D=>2Не>3+>0n>1 | 79 | 3,9 | 1,93∙10>10 | 0,00003 сек. |
| 5 | D+D=Н+Т | 96 | 4,7 | 2,35∙10>10 | 0,00003 сек. |
| 6 | D+Т=>2Не>4+>0n>1 | 420 | 17,6 | 8,2∙10>10 | 0,000003 сек. |
| 7 | Т+Т =>2Не>4+2>0n>1 | 270 | 12,2 | 4,4∙10>10 | – |
| 8 | >3Li>6+D=2>2Не>4 | 540 | 67 | 1,2∙10>10 | – |
| 9 | >3Li>6+Т=2>2Не>4+>0n>1 | 380 | 42 | 6,6∙10>10 | – |
| 10 | >3Li>7+Н = 2>2Не>4 | 410 | 51 | 4,65∙10>10 | 1 мин. |
| 11 | >5В>11+Н=3>2Не>4 | 190 | 9,2 | 5,0∙10>10 | 3 дня |
| 12 | Деление урана или плутония | 4800 | 20 | 2,0∙10>10 | – |
Как видно из таблицы, термоядерные реакции весьма различны по времени протекания — от миллионных долей секунды до десятков миллиардов лет. Тепловой же эффект колеблется от 34 до 540 млрд. кал на 1 грамм-атом с максимальным различием приблизительно в 16 раз.
При повышении температуры скорость термоядерных реакций возрастает. На рис. 14 для примера показано, как увеличивается скорость и соответственно уменьшается время протекания термоядерных реакций между изотопами водорода при повышении температуры от 10 до 200 млн. градусов. Из кривых, приведенных на рисунке, видно, что даже при температурах, значительно превышающих 10 млн. градусов, реакции Н+D и D+D идут недостаточно быстро, чтобы их можно было использовать для изготовления водородной бомбы. Наиболее легко возбуждаемой термоядерной реакцией является реакция, протекающая между ядрами дейтерия и трития, в результате которой образуется гелий и нейтрон.
Из перечисленных в табл. 4 веществ наиболее доступны, конечно, природные элементы — водород и литий. В природной смеси изотопов водорода содержится обычно лишь около 0,016% дейтерия и почти нет трития. Природный литий состоит на 92,6% из лития 7 и на 7,4% из лития 6.
Наиболее эффективной термоядерной реакцией при температурах порядка 10 миллионов градусов, создаваемых взрывом атомного «запала», является указанная в табл. 4 реакция 6 между дейтерием и тритием. Высокая плотность смеси дейтерия и трития может быть достигнута или путем применения сильно сжатых газов, или за счет использования жидких изотопов, что требует весьма низких температур. Наконец, можно использовать химические соединения изотопов водорода. При этом, однако, следует помнить, что всякие добавки более тяжелых ядер приводят к резкому повышению теплоемкости, затруднению поддержания высоких температур и необходимости в связи с этим повысить температуру, создаваемую «запалом».
Из числа соединений водорода, в виде которых можно вводить в бомбу дейтерий и тритий, простыми и доступными являются тяжелая вода и тритиевая вода (их формулы соответственно: D>2O и Т>2О). Кислород в рассмотренных термоядерных реакциях участия не принимает. Он снижает температуру, достигаемую при взрыве, и увеличивает общий балластный вес взрывчатого вещества. Поэтому желательно было применять в качестве термоядерного горючего не тяжелую и тритиевую воду, а дейтерий и тритий в жидком виде.
Однако для хранения этих газов в жидком виде необходимо обеспечить поддержание низкой температуры, для чего приходится строить специальные сосуды с двойными стенками.
Из пространства между стенками откачивают воздух, чтобы уменьшить приток тепла. Такой сосуд помещают внутрь второго сосуда подобного же устройства, в который заливают жидкий азот, имеющий температуру около минус 190° C. Во внутренний сосуд помещают жидкий водород, дейтерий или тритий, хранящиеся при температуре около минус 250° C. Даже из таких сосудов водород сравнительно быстро испаряется. Эти установки имеются лишь в нескольких хорошо оборудованных лабораториях. Ясно, что применение установок указанного типа в водородной бомбе вряд ли целесообразно.
Наиболее легким элементом, способным дать твердое соединение с водородом, является литий, а их соединение — гидрид лития (LiH) представляет собой легкое твердое кристаллическое вещество, по внешнему виду похожее на поваренную соль, но химически весьма активное. Поскольку существуют два изотопа лития и три изотопа водорода, очевидно, что возможны 6 различных по изотопному составу гидридов лития, формулы которых приведены в табл. 5.
