Термоядерное оружие - [21]
Таблица 5
| Гидриды лития | ||
|---|---|---|
| Изотопный состав | Формула гидрида лития | |
| изотоп лития | изотоп водорода | |
| Литий 6 | Протий (обыкновенный водород) | Li>6H>1 |
| Литий 7 | Протий | Li>7H>1 |
| Литий 6 | Дейтерий | Li>6H>2 |
| Литий 7 | Дейтерий | Li>7H>2 |
| Литий 6 | Тритий | Li>6H>3 |
| Литий 7 | Тритий | L1>7H>3 |
При конструировании водородной бомбы большое значение имеет объем, занимаемый термоядерным горючим, а также вес оболочки, в которой оно помещается. Рис. 15 дает представление о соотношении объемов, занимаемых 1 кг дейтерия в жидком виде, в виде сжатого до 200 атм газа, в виде тяжелой воды и в виде соединения с литием — дейтерида лития. Из рисунка видно, какое преимущество в отношении занимаемого объема имеют тяжелая вода и гидрид лития.
Следует также указать на невыгодность использования сжатого водорода, для хранения которого приходится применять стальные баллоны, во много десятков раз по весу превосходящие вес заключенного в них водорода.
Приведенные выше соображения показывают, что изотопы водорода в термоядерном оружии целесообразно применять не в свободном виде, а в виде химических соединений.
Указанные в табл. 4 термоядерные реакции являются основными из числа обсуждавшихся в литературе с точки зрения возможности их использования в водородной бомбе.
Из всех перечисленных веществ, как было уже сказано, легче всего может быть взорвана дейтериево-тритиевая смесь. Однако изготовление больших водородных бомб на основе трития мало вероятно из-за высокой стоимости трития и трудностей его получения в большом количестве. С другой стороны, даже реакции 4 и 5 с дейтерием, не говоря уже о реакции 8–10 с литием, требуют начальной температуры порядка десятков миллионов градусов, вряд ли обеспечиваемой атомным «запалом». Поэтому следует считать, что тритий используется в современных водородных бомбах лишь в качестве побудителя, обеспечивающего дальнейшее повышение температуры и возможность протекания реакций с участием водорода, дейтерия и обоих изотопов лития.
В свете всего сказанного действие водородной бомбы можно представить следующим образом. Сначала внутри бомбы происходит цепной взрыв за счет реакции деления урана или плутония. Если бы деление распространилось на всю массу урана или плутония и при этом вся энергия превратилась бы в тепловую, температура достигла бы сотен миллионов градусов. Фактически, однако, температура во много раз ниже потому, что делится лишь малая часть «запала» и при этом только часть энергии выделяется в виде тепловой.
Поэтому по имеющимся в литературе сведениям температура, развиваемая при взрыве атомного «запала», может обеспечить быстрое протекание лишь термоядерной реакции дейтерия с тритием. В смеси этих изотопов водорода реакция в заметной степени пройдет в течение нескольких миллионных долей секунды, причем температура резко повысится и достигнет десятков миллионов градусов, что может обеспечить протекание реакций 4, 5, 8, 9 и 10. Среди последних реакций наибольший интерес представляет реакция 10, сопровождающаяся большим выделением тепла и происходящая в обычном гидриде лития — дешевом и доступном в больших количествах веществе.
При протекании в гидриде лития термоядерной реакции температура может еще повыситься. Разумеется, в случае дальнейшего повышения температуры до сотен и более миллионов градусов можно осуществить термоядерные реакции с участием более тяжелых элементов, например, бора, бериллия, углерода, азота и кислорода. Надо, однако, отметить, что тепловые эффекты этих реакций меньше тепловых эффектов реакций, приводящих к образованию ядер гелия из водорода.
В обычных атомных бомбах освобождение ядерной энергии происходит в результате цепной реакции деления ядер плутония 239, урана 235 или урана 233. В такой бомбе многократно происходит одна и та же ядерная реакция деления.
Гораздо сложнее картина развития процесса при взрыве дейтериево-тритиевой бомбы. Сначала развивается реакция деления в атомном заряде. Затем, благодаря резкому повышению температуры, начинается термоядерная реакция трития — дейтерия.
В результате последней реакции образуются ядра гелия и свободные нейтроны. При этом выделяется огромное количество энергии, что приводит к дальнейшему повышению температуры. Таким образом, дейтериево-тритиевая бомба принципиально отличается от обычной атомной бомбы тем, что в атомной бомбе процесс (реакция) проходит в одну фазу, а в дейтериево-тритие-вой — в две фазы. На основании этого обычную атомную бомбу можно назвать однофазной бомбой, а дейтериево-тритиевую — двухфазной.
Бомба с жидкими изотопами водорода представляет собой резервуар с теплонепроницаемой оболочкой, которая служит для длительного сохранения дейтерия и трития в сильно охлажденном жидком состоянии. Эта оболочка может быть выполнена, например, в виде трех слоев, состоящих из твердого сплава, твердой углекислоты и жидкого азота.
Водородная бомба с жидкими изотопами водорода оказалась непрактичной, так как имеет слишком большие размеры и вес. Например, американская водородная бомба подобного типа весила 62
