Ядерное оружие появилось благодаря научным и техническим достижениям. Первое поколение стало возможным благодаря открытию цепной реакции деления урана: сначала её удалось контролировать в реакторе, а затем использовать для создания оружия.

Второе поколение ознаменовалось прорывом в области неуправляемого синтеза: сначала повысили эффективность и надёжность заряда деления с помощью дейтерий-тритиевого синтеза (первое испытание прошло в 1951 году), а затем создали термоядерные заряды огромной мощности (первое испытание состоялось в 1952 году).

Третье поколение включало скромный шаг вперёд в управлении эффектами ядерных реакций. Были разработаны и приняты на вооружение нейтронные заряды, испытания которых проводились в конце шестидесятых годов.

Четвёртое поколение было призвано стать настоящим прорывом в создании ядерного оружия будущего. Оно должно было обладать сверхмалой мощностью, которая находилась бы между мощными химическими зарядами (до ~1 тонны) и существующими ядерными зарядами (от ~100 тонн). Предполагалось, что такое оружие будет иметь минимальное или околонулевое радиоактивное загрязнение, незначительный электромагнитный импульс, сниженные затраты на оружейный комплекс и повышенный научно-технический отрыв от других стран.

Четвёртое поколение вооружений позволяет вести войну почти как обычно, но достигать тактических и стратегических результатов, сравнимых с ядерными. Однако научно-технический прогресс был прерван распадом СССР и масштабными сокращениями военных программ.

Несмотря на все надежды, ситуация изменилась не в лучшую сторону. У ряда стран появились ядерные вооружения второго поколения и средства их доставки. Даже если у вас есть тысячи совершенных зарядов и ракет, это не гарантирует безопасность, если будущее вашей страны зависит от нескольких не самых надёжных ракет с не самыми качественными ядерными зарядами.

Эту проблему можно решить с помощью ядерного оружия четвёртого поколения. Оно не запрещено международными договорами и в некоторых вариантах не требует запрещённых материалов, таких как высокообогащённый уран.

Сначала было много подходов к теме, но большинство из них оказались нереалистичными или неинтересными. Наиболее практичным и привлекательным решением стало использование антипротонов для катализации реакции деления. Лучшим материалом для деления антипротонами оказался уран-238, который сам по себе не делится.

Цепочка зависимостей для четвёртого поколения выглядит так:
1. оружейный комплекс должен производить 10¹⁸ антипротонов в сутки;
2. наиболее эффективен метод рождения пар в лазерном луче петаваттного класса;
3. пороговая интенсивность лазерного луча для создания пар протон-антипротон составляет около 10²⁴ Вт·см⁻².

Создание таких лазеров заняло много времени — примерно целое поколение физиков. Но проблема уже решена. Внезапно петаваттные лазеры появились почти у всех.

1. Европа строит комплекс Extreme Light Infrastructure. В его состав войдут модули мощностью 10 петаватт и интенсивностью луча 1024 Вт·см-2. Эти модули можно будет объединять, создавая лазер мощностью 200 петаватт. Это может привести к увеличению интенсивности до 1е25.

2. Россия создает лазерный комплекс XCELS (Exawatt Center for Extreme Light Studies). Он будет состоять из модулей мощностью по 10 петаватт. Эти модули можно будет объединять, чтобы получить лазер с мощностью 180 петаватт и интенсивностью луча около 1е25 Вт·см-2. В будущем планируется увеличить мощность до 2,2 экзаватт и интенсивность до 1е26 Вт·см-2.

Одной из задач комплекса станет исследование пространственно-временной структуры вакуума с помощью излучения такой высокой интенсивности. Также планируется использовать излучение для создания материи и антиматерии.

3. Китай пока не достиг уровня лазерных установок, сопоставимого с мировыми лидерами, но уже работает установка с номинальной мощностью 10 петаватт, которая пока работает на половину своих возможностей. Также планируется создать установку мощностью 100 петаватт на базе существующих модулей.

4. Штаты, обладая технологией создания петаваттных лазеров, долгое время не делились своими достижениями. Они активно поддерживали европейский проект в его ключевых аспектах, но это было до прихода Трампа.

Теперь учёные Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) при поддержке Министерства энергетики США предложили модернизировать NIF. Они хотят увеличить мощность лазерного комплекса до 200 петаватт и повысить интенсивность до примерно 1e26 Вт·см⁻².

При правильной имплозии уран-238 от антипротонов делится, выделяя до 20 нейтронов на ядро. Если имплозия менее качественная, то выделяется около 16 нейтронов. Для эффективной работы с антипротонами требуется высокая плотность мишени. Оптимальная имплозия и максимально плотное ядро позволяют снизить количество антипротонов, необходимых для запуска реакции. Уран в таком заряде служит для поджигания D-T смеси. Если всё сделано правильно и антипротонов достаточно, весь уран делится либо антипротонами, либо термоядерными нейтронами. Это позволяет уменьшить его количество до нескольких граммов.

Без тяжёлых ядер потребуется значительно больше антипротонов. Это может стать основой для «пятого поколения» оружия, но «четвёртое поколение» уже сформировалось и будет «практически чистым», хотя и не «абсолютно чистым». Антипротонов сейчас производят мало, а их плотность хранения в ловушках ограничивает развитие технологий. Однако такое оружие необходимо уже сейчас, а не в отдалённом будущем. Для военных и политиков разница между «абсолютно чистым» и «практически чистым» оружием незначительна.

Хранение и транспортировка античастиц — непростая задача, учитывая, что они мгновенно аннигилируют при контакте с обычной материей. Коллаборация BASE объявила о создании подходящей ловушки.

Новая ловушка BASE-STEP основана на принципе работы ловушки Пеннинга. В ней античастицы удерживаются магнитным полем по горизонтали и электрическим — по вертикали. В вакуумированном контейнере антипротоны парят, не соприкасаясь со стенками и воздухом. В ЦЕРН с помощью такой ловушки удалось сохранить антивещество более 400 дней, что стало рекордом.

#это_интересно