Когда то по статьям журналов "Популярная механика" собрал в Блоге Майла тему о ядерном оружии ,так что бы без особых заморок было понятно и обывателю. Только Майл Блоги упразднил и работа пропала . Попробую повторить в "Космосе". Может когда кому сгодитсядля воспитания кого нибудь.
Помнится ещё в школе нас учили ,что взорвать атомную бомбу проще простого - надо взять два куска Урана 235 в пол критической массы в форме полушара и соединить их в шар.
На практике физикам пришлось работать с реальными материалами . Уран 235 содержит примеси и получение чистоты свыше 90 % сильно удорожает и усложняет производство .Кроме того в процессе реакции сразу начинают накапливаться продукты распада ,которые сами начинают активно поглощать нейтроны. Поэтому для подрыва лучше иметь поболее критических масс. И надо свести их вместе с очень большой скоростью - а как ? А стрельнуть из пушки одним куском в другой. Такая схема получила название "пушечной сборки".
ПУШЕЧНАЯ БОМБА
Бомба состояла из урановой пули ,урановой мишени и зенитного ствола. Для того чтобы завысить значение критической массы - урановая мишень была собрана из нескольких "бубликов с дыркой " - нейтроны могли улетучиваться как снаружи , так и в "дырку".Что позволяло набрать массу сверх критической. Каждый диск имел диаметр 16 см ,глубину 16 см и отверстие 10 см. Мишень имела оболочку из стали с внутренним покрытием карбидом вольфрама. Пуля состояла из 6-ти урановых шайб ( уран вступает в реакцию с кислородом и при обработке может воспламениться ,выделяя убийственный газ) тоже покрытых карбидом вольфрама и нержавейкой . Частичная задача оболочек - отразить хотя бы часть улетающих нейтронов. Ствол взяли от обычной зенитки 76,2 мм калибром , расточили до 100 мм и обрезали до 1,8 м . Урановая пуля была на доли миллиметра потолще отверстия ствола,что бы пуля не пошла на мишень случайным образом, а только по "вздутию" ствола после срабатывания основного заряда. "Капсуль"- пироксилин ставили уже при заходе на цель.Вес уранового топлива составил 64 кг , длина всей сборки составила немного более 2 метров(запомните длину сборки -она будет упомянута в дальнейшем).Эта бомба имела единственное достоинство - она не могла не взорваться.Её даже не "катали".Главный недостаток - даже при скорости "пули" в 300 м/сек успевало отработать менее 1-го % урана , то есть примерно полкило . Остальное испарилось или распылилось и японцы долгие годы тряслись над каждой выпавшей волосёнкой.Тем не менее предполагаемый эквивалент последствий -13 тысячь тонн тротила.
ИМПЛОЗИЯ
Идею "сжать" объём приписывают британскому физику Клаусу Фуксу , хотя видимо эта идея витала давно ,была проблема с реализацией . Очень уж быстро бомба появилась в СССР ,после получения одного из секретов. Видимо база была уже подготовлена. Если нет таких материалов в природе , которые способны удержать реагент при таких температурах ,появилась идея сжимать объём направленным взрывом . При этом ядерный заряд из немного докритического при сжатии станет сверхкритическим. Для этого надо сформировать сферическую ударную волну , направленную внутрь.Вот тут появляется Плутоний 239. При распаде Плутония образуется несколько больше нейтронов - там где Уран даёт 2 ,Плутоний даёт 3 - грубо говоря. В результате критический объём для Плутония значительно уменьшается до 8 см по диаметру против 16-ти для Урана (если правильно помню).Если для Плутония понадобилось 2 тонны взрывчатки -сколько бы понадобилось шарику Урана ! Ещё и вероятность искажения взрывной волны вследствие технических погрешностей намного возрастает.
ПЛУТОНИЕВЫЙ МЯЧ
Для сжатия шара надо было собрать взрывчатку в виде шара .Так появилось устройство чем товнешне напоминающее футбольный мяч
20 шестигранных и 12 пятигранных блоков взрывчатки .сходящихся на конус собирались в шар.Эти блоки назвали "взрывчатыми линзами" и в них крылся главный секрет - каждый блок состоял из двух типов взрывчатки -внешней быстрой и внутренней -медленной . Именно форма конуса этой медленной взрывчатки представляла главную трудность . Американцам пришлосьпроизвести более 1 700 взрывов что бы добиться нужной формы конуса.Результирующая ударная волна должна сформироваться в шар всеми 32-умя линзами с огромной точностью.
Вес взрывчатки достиг 2,5 тонн.
Под взрывчаткой находился слой алюминия 11,5 см и весом 120 кг. Назначения алюминия -уменьшить долю отражнной части ударной волны , возникающей вследствие большой разницы плотностей взрывчатки и слоя Урана 238 расположенного ниже.Под слоем алюминия находился слой Урана 238 - 7 см и весом 120 кг. Назначение его - отражатель нейтронов. U-238 поглощает низкоэнергичные нейтроны, но "неохотно" - вроде того что своего "добра" хватает.И наконец внутри всех этих одёжек располагается шарик Плутония 239. Плутоний оказался хитрым веществом - во первых в природе он не имеется .Его получают облучением Урана в ядерном реакторе нейтронами ,замедленными "тяжёлой водой". Стоимость Плутония в 6 раз выше чем Урана. Во вторых - Плутоний при остывании в отливке проходит4 фазовых перехода . При последнем при 122 градусах Цельсия просто раскрошивается.Пришлось его легировать Галлием .Получился шарик из двух половинок диаметром 9 см и 6,5кг весом.Теперь надо подорвать все 32 линзы с одновременностью не превышающей миллиардных долей секунды.Были разработаны новые взрыватели - проволочки , взрывающиеся под мощным электрическим ипульсом . К ним понадобились высоковольтные конденсаторы ,разрядники,аккумуляторы - ещё 200 кг ,но это уже сущая ерунда по сравнению с весом взрывчатки. Но...Но и это ещё не всё - дело в том , что скорость нейтронов конечна -пока они долетят до другого ядра , да ещё попадут ли не попадут. У нейтронов ,находящихся ближе к поверхности - вероятность бездарно покинуть шарик сильно возрастает. Отреагировать успеет только небольшая часть материала до того как он разлетиться. Получается "пшик"-тепловой хлопок. Нужен дополнительный источник нейтронов в нужный момент.Такой нашёлся-изотоп Полония -210 в контакте с берилием при сжатии создавал дополнительный всплеск нейтронов.Но время жизни Полония не велико -за 138 суток он теряет свою активность вдвое и уже не пригоден. Поэтому в первых бомбах в корпусе был предусмотрен отвинчивающийся люк через который вынималась одна из взрывчатых линз.В шарике плутония имелось отверстие диаметром 2 см . В него и вставлялся цилиндрик из Полония +берилий.Вот теперь уже получился взрыв эквивалентом в 20 килотонн тротила.Первое такое устройство было взорвано в Нью-Мексико 16-го июля 1945-го.
И тут есть одна странность
через 21 день была сброшена бомба пушечной сборки на Хиросиму , а ещё через три дня третья ,опять плутониевая бомба на Нагасаки. Зачем надо было кидать неэкономичную урановую бомбу ? 64 кг недешёвого Урана просто распылить ? Не лучше ли было пустить его на Плутоний ? Даром что ли достался ?Если обратить внимание на длину пушечной сборки - немногим более 2 метра и посмотретьна данные ФАУ-2 - к удивлению можно увидеть ,что длина боевой части ФАУ-2 = 2м 10 см.Для каких то неясных целей немцы производили в Норвегии тяжёлую воду. Норвежские партизаны по чьему то приказу потопили баржу с этой водой и своими гражданами.Союзники поспешно высаживались в Нормандии и чудом не попали под танки.Немцы с тупой настойчивостью долбили недешёвыми ракетами Лондон , а англичане с тем же упорством бомбили пусковые установки . Странно всё это. Возникает подозрение, что Лондону немного оставалось что бы не стать первым атомным полигоном . Не хватило Урана.Американцы перехватили ,добавили своего и посмотрели что бы было на Хиросиме.Возможно эта бессмысленая бобардировка и подвинула Клауса Фукса передать Союзу секрет формы взрывчатых линз -пишут , что денег он не просил и какими то коммунистическими идеями не болел . Гипотеза всего лишь.
ПРОДОЛЖИМ
Делались попытки увеличить мощность взрыва . Даже складывать плутониевый сердечник как дольки апельсина взрывом . Предел в 100 килотонн оказался непреодолим.Вместо изотопного источника нейтронов -были созданы такие "нейтронные трубки"-значительноболее мощный источник нейтронов.
Работает это устройство таким образом - между катодом (керамика насыщенная тритием) и анодным узлом подаётся импульс в 100 киловольт .В анодном узле (керамика с дейтерием)образуются ионы дейтерия, которые разгоняются электрическим полем . Попадая в катод,протон как бы отрывается и увязает . Нейтрон пролетает дальше.Кроме этого упростилась схема подрыва- расчитанные по геометрии Римана канавки с высоко стабильным горючим веществом взрывают все 32 взрывчатых линзы от меньшего количества взрывателей.И как указывается - такая схема стала канонической и особых изменений уже не имела.
ТЕРМОЯД
По части устрашающего действия атомной бомбы - помнится читанная когда то фраза при работе в кораблестроительном бюро -" при взрыве атомной бомбы в 100 килотонн (правда не указывалось надводный или подводный взрыв) на расстоянии 1,8 мили ( миля -1852 метра)корабль должен сохранять живучесть и боеспособность на 70 %".Обычный обыватель наверное считает ,что одна бомба снесёт такой город как Питер.Когда то и я так считал.
Поскольку 100 килотонн оказались пределом ,физикам пришлось сосредоточится на реакции термоядерного синтеза. Критической массы водородное топливо не имеет - Солнце пережигаетводород в гелий и не взрывается. Наращивай мощность взрыва неограниченно . Надо только ядра атомов водорода так разогнать - что бы столкнуть в лоб , преодолев силы отталкивания одноимённых зарядов. Логика подсказывает ,что надо разогреть , используя уже имеющуюся атомную бомбу.Уже к концу 1945-го года Эдвард Теллер предложил конструкцию ,названную "классический супер"- труба ,заполненная дейтерием ,с одного конца которой располагалась атомная бомба.Предполагалась промежуточная камера , заполненная смесью дейтерия и трития - у смеси синтез начинается при меньших давлениях , чем у одного дейтерия.По аналогии -атомная бомба играла роль спички , смесь дейтерия с тритием- стакана бензина, дейтерий -дрова -вот и костёр. Однако понадобилось бы столько трития сколько его не было.Следующей Тейлором была предложена конструкция из чередующихся слоёв урана ,дейтерия итрития с плутониевым инциатором в середине.
К похожей схеме в 1948-ом году пришёл Андрей Сахаров.Его конструкция получила название"Слойка". Однако вместо проблемного трития с дейтерием Сахаров предложил использоватьдейтрид лития -кристаллический белый нерадиактивный порошок. Оказалось под воздействиемнейтронов первичного ядерного взрыва -дейтрид лития вырабатывает тритий . И за короткоевремя успевает наработать достаточное количество для синтеза. Кроме того оказалось ,чтоУран- 238 , который является отходами , может прекрасно делиться под воздействием нейтронов от реакции синтеза ,которые в 10 раз энергичнее.Заряд дополнился оболочкойиз Урана -238.
При взрыве атомного запала - медленные нейтроны нарабатывают в дейтрите лития- тритий.Дейтерий в нём имеется и так.Такая бомба была взорвана на башне Семипалатинского полигона 12 августа 1953 года.Мощность составила 400 килотонн. Правда предполагается что доля синтеза составила 20% . Основную долю дал Уран- 238 от нейтронов синтеза. Зато радиоактивной грязи получилось больше чем за всю последующую историю испытаний.
"МАЙК" -американский гиппопо
Тем не менее настоящий прорыв совершили американцы в году предыдущем -1 ноября 1952 года на атолле Элугелаб в Тихом океане было взорвано 74-тонное устройство размером с двухэтажный дом и развившее мощность в 10 мегатонн.Попытки разогреть водородное топливо ядерным взрывом приводят к тому ,что большая часть "термояда" не успевает отреагировать и разбрасывается в окружающее пространство.По аналогии с атомной бомбой напрашивается встречный взрыв для сдерживания термоядерного реагента хотя бы на мгновение. Для этого способ есть -Уран 238 , делящийся на быстрыхнейтронах синтеза.Были собраны ведущие физики , в том числе по плазме и сверхвысоким давлениям.Математики.Гениальная идея состояла в том что бы использовать не сам взрыв первичного атомного заряда , а мощный поток рентгеновского излучения , возникающий в нём на начальном этапе, пока сам иницирующий заряд ещё не разрушен. Оказывается есть такой всплеск.Результатом колоссального изыска явилась такая конструкция
в верхней части находится иницирующая атомная бомба , ниже -термоядерный блок.При срабатывании атомного заряда рентгеновское излучение опережает ударную волну.Распостраняясь вдоль стенок цилиндрического корпуса ,покрытого полиэтиленом -превращает полиэтилен в плазму. Плазма переизлучает более мягкое рентгеновское излучение ,лучше поглощаемое колбой из урана 238 . Колба начинает взрывообразно испаряться ,сжимая то что находится внутри.А внутри находится дейтерий при температуре близкой к нулю по Кельвину(-273 по Цельсию) с плутониевой трубкой по центру . Плутониевая трубка сжимается до сверх критического состояния и взрывается. Начинается синтез в дейтерии . И наконец энергичные нейтроны синтеза взрывают схлопывающуюся урановую колбу.Весь процесс должен поспеть до прихода ударной волны от первичного атомного заряда.Успех был потрясающим ,огорчали размеры установки с криогенным оборудованием.Сахаровская слойка была вполне лётным предметом.Обоюдные секреты долго секретится не смогли . Дейтерий заменился дейтридом лития , добавился экран из Урана 238 и конструкция приняла вид вполне завершённый для обеих держав.Такая термоядерная бомба называется трёхфазной.
Если заменить урановую колбу неделящимся материалом - энергичные нейтроны синтеза разбегаются на большие расстояния и обладают высокой проникающей способностью . Такие бомбы называют двухфазными- варварские нейтронные бомбы ,наделавшие когда то много шума -вроде того что уничтожают население,а нажитое добро остаётся. Что останется не ясно . А вот против летящих боеголовок такие предпологалось использовать - взрывать их на траектории полёта баллистических ракет ,нейтронами портя ядерное горючее внутри боеголовки.
ИТОГ
Какая должна бы появится мысль- учитывая все сложности ,точности ,наносекунды, то что боезапасы излучают и портятся с временем -нужен постоянный контроль и обслуживание.Наша экономика приняла несколько не тот вид - не любит раскошеливаться на вещи затратныеи не "ходовые" .Американцы то же не торопятся даже с космическими кораблями.То же не любят излишне тратиться.Не являются ли эти ядерные щиты "пугалом" полуистлевшим от времени ?
ТАКТИЧЕСКОЕ ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ коротко
В Питере во дворе Музея Артиллерии что рядом с Петропавловской крепостью можно видетьтакую "дуру"
наряду с разработкой стратегического оружия - поражать врага в его логове - велись работы по созданию тактического оружия , применимого в условиях наличия линии фронта. Для этого требовалось уменьшать количество ядерного вещества значительно ниже критической массы. Из говорильни выше следует что нужны дополнительные источники нейтронов -вроде изотопного полония с берилием - натыкать ими шашку плутония.Удалось снизить эквивалент до 2 , 0.8 и даже 0.01 килотонн тротила .Установки выполнялись как в виде самоходных тяжеловесов .так и даже в виде полевых миномётов
однако судя по системамм контроля и биологической защиты срок "жизни" боеприпасов был невелик - всего несколько месяцев.
БРОНЕБОЙНЫЙ УРАН
В своё время много газетного шума наделало применение в бронебойных снарядах сердечникаиз обеднённого урана . Страх перед всем радиоактивным.Причина применения обеднённого урана - он близок по плотности к главному бронебойному претенденту - вольфраму . Однако вольфрам дорог , а обеднённый уран - дармовой отхо датомного производства (для страны его имеющего).Кроме того при обычных скоростях артснарядов -вольфрам "подплющивается" о броню, уран скалывается чешуйками самозатачиваясь.
При задании большей начальной скорости вольфрам начинает скалываться так же как сердечник из урана. Но ядовитость и горючесть урана при проникновении внутрь бронемашины из недостатка становиться достоинством - от нагрева возгорается и выделяет смертельно отравные газы ,добивая не добитых.
ИНФОРМАЦИЯ "вылущена" из нескольких статей журналов "Популярная механика" как возможно проще.
Свежие комментарии