Шипение снарядов - Александр Прищепенко

Доля дейтерия в природном водороде примерно впятеро меньшая, чем оружейного урана — в обычном, но массы их отличаются вдвое, а кинетика многих реакций — и того более. Так, электролитическое разложение дейтериевой воды протекает на порядок медленнее, чем воды легкой. На этом и основан один из методов разделения — значительно более эффективный, чем разделение уранов.

Рис. 3.19 Разрез природного ядерного реактора в урановой жиле месторождения Окла. За время «работы» реактора выделилось свыше 1018 Дж тепловой энергии, что привело к спеканию рудной массы

По составу изотопов (в их числе был и плутоний) установлено, что 2,6 миллионов лет назад там шла цепная реакция (замедлителем служила вода). Образовался и тритий, но за миллионы лет он распался без следа. Затем произошли геологические подвижки грунта, поднявшие жилу наверх, и воды стало недостаточно для развития цепной реакции, что «законсервировало» реактор. Слабым утешением автору может служить лишь то, что и великий Э. Ферми утверждал, что «ядерный реактор может быть лишь человеческим творением».

Тритий же, подобно Pu239, не существует в природе в ощутимых количествах [58] и его получают, воздействуя в ядерном реакторе мощными нейтронными потоками на изотоп литий-6, в результате чего в две стадии протекает реакция:

Li6 + n → Li7 → T + He4.

Дейтерий и тритий были изучены медиками. Не только радиоактивный тритий, но и стабильный дейтерий оказались опасными веществами. Например, 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 задерживаются при этом в многочисленных мембранах и капиллярах, накапливаясь к старости. Теория объясняла и долгожительство горцев: в поле земного притяжения концентрация дейтерия действительно убывает с высотой. Об этих фактах упоминал читавший в МИФИ лекции по курсу разделения изотопов известный специалист В. Нещименко. 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, пока непротиворечиво объясняют все относящиеся к их «компетенции» объективные факты. По-другому это можно сформулировать так: «Утверждение верно только тогда, когда верны все следствия из него» (как нетрудно заметить, этот критерий был использован в дискуссии о «пулях синтеза»). Тем из читателей, кто в подобной ситуации услышит вещаемое солидным, бархатным голосом: «Исключения лишь подтверждают общее правило…», автор рекомендует не стучать костяшками пальцев по лбу изрекшего, сравнивая звук от аналогичного процесса, проделываемого с деревом — это невежливо. Культурный человек только поинтересуется, какое число «исключений» следует считать допустимым и что делать, если таковых станет больше, чем фактов, данной теорией объясняемых.

Некоторые соматические эффекты оказались вне рамок «дейтериевой» теории и потому она была отвергнута медициной.

…Итак, помимо сборки с делящимся веществом и заряда взрывчатки, боеголовка (рис. 3.20) должна быть оснащена высоковольтной системой инициирования детонаторов и системой нейтронного инициирования сборки, а программное устройство должно обеспечить срабатывание систем в определенной последовательности, в точно назначенные моменты времени (рис. 3.21). Читатель и сам догадывается, что электронным устройствам сильные удары противопоказаны, а уж какой удар ожидал бы их при встрече летящего с гиперзвуковой скоростью блока с землей… Для того, чтобы вся сложная электроника сработала прежде, чем превратится в подобие жижи, датчики давления, расположенные в головной части хорошо видной на макете (рис. 3.22) трубы, подают сигнал на подрыв (в боеголовке на рис. 3.21 для этой же цели используется не труба, а телескопический шток, в сложенном виде размещенный в серебристом контейнере и «надуваемый» пороховым зарядом при подлете к цели). Выбор головного зазора летящей боеголовкой занимает несколько сотен микросекунд, чего достаточно для срабатывания автоматики.

Рис. 3.20 Схема ядерной боеголовки, устройства автоматики которой размещены в отдельных блоках. Блок инициирования детонаторов — красного цвета, блок нейтронного инициирования реакции деления — белого. Советские блоки автоматики окрашивались в зеленый цвет и на жаргоне зарядчиков назывались «бочками». На врезке — «бочка», из экспозиции музея Академии ракетных войск Рис. 3.21 Временная эпюра наиболее важных событий в ядерном заряде и блоках его автоматики. Рассмотрев рисунок справа, коллега автора ехидно спросил: «Получается, что остатки головной части летят с той же скоростью, с какой расширяется шар?» По мнению автора, рисунок основания для подобного заключения не дает, но, коль скоро такое мнение высказано, следует пояснить: скорость расширения молодого шара на порядки больше, он «вбирает» в себя остатки конструкции и через пару десятков наносекунд становится похожим на свою фотографию рис. 3.15а

Блок нейтронного инициирования должен быть расположен поближе к заряду: в этом случае больше разлетающихся во все стороны нейтронов поучаствуют в зажигании реакции деления. Кроме того, блок нейтронного инициирования должен быть по размерам больше, чем блок инициирования детонаторов, потому что к нейтронной трубке прикладывается напряжение в сотню с лишним киловольт — большее на два порядка, чем к детонаторам. Ну а снизить габариты высоковольтного устройства сложно — об этом факте читателю еще напомнят в следующей главе.

Рис. 3.22 Вверху: на полноразмерном демонстрационном макете малогабаритной МБР «Миджетмен» (не производившейся серийно) видна конструкция головного зазора ее моноблочной боевой части, тротиловый эквивалент которой должен был составить 600 кт. Внизу: боеголовка 9Н32М советской оперативно-тактической ракеты сухопутных войск «Луна-М» также снабжена устройством, обеспечивающим подрыв до того момента, когда ударные перегрузки могут повредить конструкцию ее ядерного заряда

Еще одна важная функция блока нейтронного инициирования — изменение энерговыделения ядерного взрыва. Понятно, что, получив боевую задачу, при постановке которой обязательно указывается мощность ядерного удара («перебор» может привести и к поражению своих войск), 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.

В серийном американском боеприпасе Мк-18 энерговыделение довели до 500 кт — только за счет реакции деления. В МК-18 был применен U235, которого в докритической сборке можно разместить больше, чем плутония. У сборки при этом будет выше инерционность, а значит, и актов деления в ней произойдет больше, чем в плутониевой. Мощность заряда деления можно и еще повысить, но ненамного: существуют ядерно-физические и гидродинамические ограничения допустимых размеров докритического шара.

В борьбе за рекорды энерговыделения с делением стали конкурировать реакции другого класса — синтеза.

Нельзя сказать, что даже энергия деления (рис. 3.23) избыточна для инициирования этой реакции, поэтому важно выбрать для нее наиболее «легковоспламеняющееся» топливо. Наименьшие энергии частиц требуются для «зажигания» реакции в изотопах водорода:

D + Т → Не4 + n + 17,6 МэВ

которая на единицу массы реагентов обеспечивает выход в несколько раз большей энергии, чем реакция деления. Однако и дейтерий (D) и тритий (Т) при нормальных условиях — газы, достаточные количества которых сложно «собрать» в устройстве разумных размеров. Но оказалось возможным инициировать синтез в твердых гидридах изотопа лития-6 (Li6D и Li6T), «перевалив», с помощью заряда деления, необходимое для этого значение комбинации температуры топлива и времени его удержания при этой температуре. «Перевалить», кстати, оказалось не так просто: для этого плотности энергии разлетающегося во все стороны вещества заряда хватает не всегда, нужно сконцентрировать энергию взрыва. Имплозивный режим был реализован при сжатии топлива рентгеновским излучением, которое распространяется намного быстрее как потока вещества заряда, так и ударной волны.