Огонь! Об оружии и боеприпасах

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.

Заряду деления отвели роль «запала» (рис. 3.17). Материал корпуса «запала» 1 сделали «прозрачным» для мягкого рентгеновского излучения, о котором читатель уже знает. Излучение опережает разлетающееся вещество заряда и превращает ампулу, состоящую из оболочки 2 и топлива 3 в плазму. Вещество оболочки 2 подобрано так, что его плазма существенно расширяется, сжимая топливо 3 к оси ампулы (такой процесс называют радиационной имплозией [28] ).

^{Рис. 3.17. Схема термоядерного заряда}

28

Имплозия — взрыв, направленный внутрь. Считается, что термин введен в обращение американскими учеными, разработавшими ядерный заряд, но автору удалось обнаружить его в книге А. Штеттбахера, изданной еще в 1936 году. Там этим термином описывается схлопывание газов в область разрежения (пример такого процесса — лопнувший кинескоп телевизора)

Нельзя сказать, что энергия ядерного взрыва избыточна для инициирования второй — термоядерной — фазы работы боеприпаса, поэтому важно выбрать для нее наиболее «легковоспламеняющееся» топливо. Наименьшие энергии частиц требуются для «зажигания» реакции:

D + Т -> Не⁴ + n + 17,6 МэВ

которая на единицу массы реагентов обеспечивает выход в несколько раз большей энергии, чем реакция деления. Однако изотопы водорода — дейтерий (D) и тритий (Т) при нормальных условиях — газы, достаточные количества которых нельзя «собрать» в устройстве разумных размеров. Но оказалось возможным инициировать синтез в твердых гидридах изотопа лития-6 (Li⁶D и Li⁶T), «перевалив», с помощью ядерного заряда, необходимое для этого значение комбинации температуры топлива и времени его удержания при этой температуре. По мере того, как синтез самых «легкозажигаемых» изотопов разогревает топливо, в нем начинают протекать и другие реакции, с участием как содержавшихся в смеси, так и образовавшихся ядер:

D + D -> T + p + 4 МэВ;

D + D -> He³ + n + 3,3 МэВ;

T + T -> He⁴ + 2n + 11,3 МэВ;

He³ + D -> He⁴ + p + 18,4 МэВ;

Li⁶ + n -> He⁴ + T + 4,8 МэВ;

так что и литий оказывается не совсем уж «балластом». При этом ядра ускоряются не напряжением, как в нейтронной трубке, а приобретают необходимую скорость за счет теплового движения, то есть — температуры. Это — истинные термоядерные взаимодействия, а не похожие на них реакции срыва. Сечения реакций, происходящих в ампуле, неодинаковы и, конечно, не все топливо успевает прореагировать. Для взрывных целей кпд двухфазного (деление+синтез) процесса невысок: значительная часть энергии (для первой из упомянутых реакций — более 80 %) уносится из огненного шара быстрыми нейтронами, пробег которых в воздухе составляет многие километры.

Эта часть энергии «пропала» бы, рассеявшись в соответствующих размеров воздушной сфере, практически не возмущая ее, поэтому в образцах термоядерного оружия, которые рассчитаны на взрывной эффект, такого не допускают, реализуя еще и третью фазу, для чего ампула окружается тяжелой оболочкой 4 из U²³⁸. Нейтроны, испускаемые при развале ядер этого изотопа имеют слишком малую энергию, чтобы вызывать последующие акты деления, продолжающие цепную реакцию, но U²³⁸ делится под действием «внешних» высокоэнергетичных нейтронов от термоядерных реакций. Неценная реакция, в окружающей ампулу оболочке дает прибавку энергии огненного шара, превалирующую даже над вкладом синтеза.

В капсуле нет веществ, в которых при нормальных условиях может возникнуть цепная реакция, поэтому их количество не ограничено, а, значит — у энерговыделения термоядерного заряда нет верхнего предела, вроде того, который существует для заряда деления. На каждый килограмм веса трехфазных изделий приходится несколько килотонн тротилового эквивалента — они существенно превосходят по удельным характеристикам другие классы ядерного оружия!

Неприятная особенность трехфазных боеприпасов — повышенный выход осколков деления. Не то, чтобы двухфазные боеприпасы не загаживали местность нейтронами, вызывавшими в практически всех элементах ядерные реакции, не прекращавшиеся и спустя многие годы после взрыва [29] , а также осколками деления своих «запалов», по все познается в сравнении, и трехфазные далеко превосходят их в этом отношении. Превосходят настолько, что некоторые боеприпасы выпускались в двух вариантах: «грязных» — трехфазных и «чистых». Последние предназначались для применения на территории, где предполагались действия своих войск и, ради обеспечения их безопасности, шли на снижение мощности. Так, например, американская авиабомба В53 выпускалась в двух идентичных по внешнему виду вариантах: «грязном» B53Y1, с энерговыделением 9 мегатонн и ровно вдвое уступавшем ему по мощности, «чистом» варианте B53Y2.

29

Это явление называют «наведенной радиоактивностью»

К тому же, не слишком удобны для оружейного применения твердые гидриды: любое соединение, содержащее тритий, нестабильно, потому что этот изотоп сам по себе «разваливается» на бета-частицы и гелий-3. Тот же гелий-3 выделяется и из насыщенных тритием мишеней нейтронных трубок, но, чтобы предотвратить потерю вакуума, там этот газ поглощается специальными пористыми материалами. Однако в трубке количество трития ничтожно по сравнению с ампулой, из которой гелий-3 надо просто откачивать: ее «распирает» давлением этого газа. Количество основного реагента в ампуле убывает (вдвое за дюжину лет). Чтобы поддерживать готовность многочисленных образцов термоядерного оружия к применению, необходимо непрерывно нарабатывать тритий в реакторах, а расходы на такие хлопоты по карману не каждой ядерной державе. Например, английские специалисты, получив в 70-х годах из США ракеты «Поларис», предпочли отказаться от американского термоядерного боевого оснащения в пользу разработанных в своей стране по программе «Шевалин» менее мощных однофазных зарядов деления.

Но то — сдержанные и экономные англичане. А там. где «ядерный меч» считался святыней, на которой не пристало экономить, множились заложенные в бомбы мегатонны (рис. 3.18).

^{Рис. 3.18. На заднем плане — советская термоядерная бомба АН602 рекордной — более 50 мегатонн — мощности (конструкция допускала еще почти двукратное повышение энерговыделения). После ее взрыва на Новой земле, приборы метеостанций зафиксировали троекратное огибание планеты воздушными возмущениями. В Норвегии еще достаточно сильная ударная волна выдавила оконные стекла. Размеры изделия не давали возможности закрыть бомболюк новейшего по гаму времени самолета Ту- 95В, так что существовали сомнения, сможет ли он «дотащить» чудовище весом 26,6 тонн до цели.}

^{На переднем плане — тоже «рекордсмен». Калибр ядерного снаряда с энерговыделением в одну килотонну — всего 152 мм}

В пятидесятые годы единственным средством доставки ядерного оружия был самолет. Но если в ходе бомбардировочной операции фугасные бомбы валили на цель «большими тысячами», то ядерные были (да и остаются) штучной продукцией и случайности в виде появившихся некстати истребителей противника или метко выпущенной зенитной ракеты хотелось исключить, как и пресечь предательские ссылки летчиков на какие-то там «неблагоприятные метеоусловия». В высоких кабинетах мечталось о чем-то таком, что прорвется к цели «через штормы, тайфуны и снег…», виделись широкие массы трудящихся, с радостным пением: