Страница 20 из 44
…Среди читателей попадаются настырные, проверяющие все с карандашом в руках. Автор сделал многое, чтобы осложнить им задачу: энергию в МэВах надо перевести в джоули, потом — в тротиловый эквивалент, вспомнить правила действий со степенями. Но все же может найтись настырный, который получит результат, далекий от сотни килотонн тротилового эквивалента и, издевательски улыбаясь, потребует объяснений. Далее возможен такой диалог:
— А со скольких нейтронов, по вашим расчетам, начинается цепная реакция?
— С одного.
— Посмотрим, что получится, если реакция в сборке начнется с миллионов нейтронов.
— У вас про миллионы не написано.
— А покажите, где у меня написано, что он — один?
Вообще-то ситуация, которую описал своим расчетом Настырный, возможна: если не сработает или сработает не вовремя источник нейтронов, произойдет «хлопок», «пшик», и это повлечет строгую ответственность тех, кто был причастен (а может — и не причастен) к такому безобразию.
Чтобы «хлопок» не опозорил самоотверженно трудившийся коллектив, в сверхкритическую сборку в нужную микросекунду надо «брызнуть» нейтронами (на рис. 3.15 изображены «зелененьким») — так, чтобы как можно больше их попало в сверхкритическую сборку. В первых ядерных зарядах для этого использовались изотопные источники: полоний-210 в момент сжатия плутониевой сборки соединялся с бериллием и своими альфа-частицами (ядрами гелия-4) вызывал нейтронную эмиссию:
Be9 + He4 → C12 + n
Но все изотопные источники — слабоваты, а самый интенсивный из них, легендарный[27] полоний — уж очень «скоропортящийся»: всего за 138 суток снижает свою активность вдвое. Поэтому на смену изотопным пришли менее опасные (не излучающие в невключенном состоянии), а главное — более интенсивные ускорительные источники нейтронов: за несколько микросекунд, которые длится формируемый таким источником импульс, «рождается» примерно столько же нейтронов, что и в мощном ядерном реакторе за такое же время.
Все происходит в вакуумной нейтронной трубке (рис. 3.16). Между насыщенной тритием мишенью (катодом) 1 и анодным узлом 2, прикладывается импульсное напряжение в сотню тысяч вольт. Когда напряжение максимально, необходимо, чтобы между анодом и катодом оказались ионы дейтерия, которые и требуется ускорить. Для этого служит ионный источник. На его анод 3 подается «поджигающий импульс» и разряд, проходя по поверхности насыщенной дейтерием керамики 4, образует ионы (дейтоны, D). Поджигающий импульс должен быть сформирован в строго определенный момент времени: чуть раньше, чем ускоряющее напряжение достигнет максимума, потому что дейтонам требуется несколько десятых долей микросекунды, чтобы, продрейфовав внутри анодного узла, оказаться в ускоряющем промежутке. Ускорившись, они бомбардируют мишень, насыщенную тритием (Т), в результате чего образуются нейтроны (n) и альфа-частицы:
D + Т → Не4 + n + 17,6 МэВ
По составу частиц, и даже по энергетическому выходу эта реакция идентична синтезу — процессу слияния легких ядер. Синтезом происходящее в трубке в 50 годах считали многие, но позже выяснилось, что это реакция другого класса — «срыва»: либо протон, либо нейтрон (из которых состоит ион дейтерия, разогнанный электрическим полем) «увязает» в ядре мишени (трития). Если «увязает» протон, то нейтрон «отрывается» и становится свободным.
И дейтерий и тритий будут еще упомянуты, поэтому о них стоит рассказать. Это — изотопы широко распространенного в природе водорода (который любители «научных» терминов называют протием), но в их ядрах, помимо протона содержатся один (в дейтерии) или два (в тритии) нейтрона, а значит, они вдвое и втрое превосходят протий массой. Все три «водорода» при нормальных условиях — газы, а в этом агрегатном состоянии достичь высоких плотностей веществ затруднительно. Но «водороды» способны образовывать и твердые соединения, преимущественно с легкими металлами, например литием или титаном. В тритиде титана и «удерживается» в трубке необходимый для реакции срыва изотоп. В таких соединениях, несмотря на наличие «балластных» ядер металла-носителя, плотность ядер «водородов» существенно выше, чем в сжатом до разумных давлений газе.
Дейтерий «примешан» к природному водороду в еще примерно впятеро меньших количествах, чем «оружейный» уран — к обычному. Но разность масс у протия и дейтерия — двойная, поэтому процессы их разделения в противоточных колоннах более эффективны.
Тритий же, подобно Pu239, не существует в природе в ощутимых количествах и его получают, воздействуя мощными нейтронными потоками в ядерном реакторе на изотоп лития-6, в результате чего в две стадии протекает реакция:
Li6 + n → Li7 → T + He4.
Дейтерий и тритий были изучены медиками. Как самораспадающийся тритий, так и стабильный дейтерий оказались опасными веществами. Удивительным же было то, что подопытные животные, которым вводились соединения дейтерия, умирали с симптомами, характерными для старости (охрупчивание костей, потеря интеллекта, памяти и пр.) Этот факт послужил основой «теории долголетия», в соответствии с которой смерть от старости и в естественных условиях наступает при накоплении дейтерия: через организм в процессе жизнедеятельности, «проходят» многие тонны воды, других соединений водорода и более тяжелые дейтериевые компоненты дольше, чем протиевые, задерживаются при этом в многочисленных мембранах и капиллярах. Больше времени находясь среди клеток, они накапливаются в них к старости. Теория объясняла и долгожительство горцев: в поле земного притяжения концентрация дейтерия действительно незначительно убывает с высотой. Об этих фактах упоминал читавший в МИФИ лекции по курсу разделения изотопов известный специалист В. Нешименко. Он понимал, что студент теряет способность воспринимать информацию, переписывая час за часом сложные математические выражения и часто делал такие отступления. «Дейтериевая» теория долголетия интересна еще и тем, что на ее примере можно иллюстрировать требования, предъявляемые ко всем научным гипотезам: они могут считаться верными, если непротиворечиво объясняют все известные к моменту их появления объективные факты. По-другому эго можно сформулировать так: «Если утверждение верно, то верны и следствия из него» (как нетрудно заметить, этот критерий был использован в дискуссии о «пулях синтеза»). Многие соматические эффекты оказались вне рамок «дейтериевой» теории и потому она была отвергнута медициной.
Но вернемся к нейтронному инициированию. Оно дает возможность изменять энерговыделение ядерного взрыва. Понятно, что, выполняя боевую задачу, при постановке которой обязательно указывается мощность ядерного удара, не начинают лихорадочно разбирать ядерный заряд на ракете или бомбе, чтобы оснастить его плутониевой сборкой, оптимальной для заданной мощности. В боеприпасах с «переключаемым» тротиловым эквивалентом просто изменяют напряжение питания нейтронной трубки. Соответственно, изменяется выход нейтронов и выделение энергии. Ясно, что при снижении мощности таким способом «пропадает зря» много дорогого плутония.
Но о необходимости регулирования энерговыделения стали задумываться много позже, а в первые послевоенные годы — какие могли быть разговоры о снижении мощности и «пропаже» плутония! Нет, не зря отец и учитель, а также вождь всех времен и народов учит нас повсеместной бдительности! Мощнее, мощнее и еще раз — мощнее! Но оказалось, что существуют ядерно-физические (вспомним «опыт» Слотина!) и гидродинамические ограничения допустимых размеров докритической сферы. Тротиловый эквивалент энерговыделения взрыва в сотню килотонн близок к физическому пределу для однофазных боеприпасов, в которых происходит только деление. Для деления последовали оргвыводы — от него, как основного источника энергии отказались, ставку сделали на реакции другого класса — синтеза.
27
Лишившись важнейшей роли в военном применении, полоний — 210 в начале XXI века стал символом прогресса в техническом оснащении малопочтенного ремесла «ликвидатора», придя на смену ледорубу, которым был убит Троцкий, начиненной взрывчаткой коробке конфет, положившей предел земным дням украинского националиста Коновальца и разнообразным устройствам для введения ядов 50-х годов