Шипение снарядов

^{Рис. 3.17}

^{Испытание Encelade французского термоядерного заряда энерговыделением 440 кт. Атолл Муруроа, 12.06.1971}

…Среди читателей попадаются настырные, проверяющие все с карандашом в руке. 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 самый настырный, который получит результат, далекий от тех десятков и сотен килотонн тротилового эквивалента, о которых он читал в газетах, 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, что повлечет строгую ответственность тех, кто был причастен (а может — и не причастен) к такому безобразию.

Чтобы такой жалкий результат не опозорил самоотверженно трудившийся коллектив, в сверхкритическую сборку в нужную микросекунду надо «брызнуть» нейтронами. Именно — в нужную, а не когда попало.

…Процесс перевода сборки из до критического в сверхкритическое состояние происходит за десятки микросекунд: казалось бы — быстро, но иногда (правда — редко) оказывается, что медленно. Случайный фоновый нейтрон может вызвать цепь делений и в докритической сборке, правда, затухающую, не сопровождающуюся заметным выделением энергии. Но если сборка перейдет критическое состояние пока такая цепь еще не угасла, начнется размножение нейтронов. Вначале, пока деление идет на медленных нейтронах, имплозия будет «сильнее», но, по мере роста сверхкритичности, «в дело» будут вступать все более быстрые (а значит, скорее размножающиеся) нейтроны и деление преодолеет имплозию, «разбросав» сборку. Произойдет «хлопок» — пиррова [56] победа деления: уровень энерговыделения будет на порядки более низким, чем тот, который мог бы быть достигнут. Так что и при безупречной работе заряда и его автоматики существует малая вероятность того, что полноценного ядерного взрыва не произойдет. А будет он таким, если при переводе сборки из докритического в сверхкритическое состояние в ее делящемся материале не будет нейтронов, а вот когда максимум сверхкритичности почти достигнут — их окажется там очень много.

56

Эпирский царь Пирр в 279 г. до н. э. одержал победу над римлянами, но ценой таких потерь, что с тех пор его именем стали называть предприятия, вроде и успешные, но не оправдывающие понесенных затрат.

В первых ядерных зарядах для этого использовали изотопные источники: полоний-210 в момент сжатия плутониевой сборки (и только тогда) 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 [57] полоний — уж очень «скоропортящийся» (всего за 138 суток снижает свою активность вдвое), так что держать его в находящемся на хранении заряде было нельзя, приходилось монтировать «свежий» источник незадолго до боевого применения (рис. 3.14). Поэтому на смену изотопным пришли менее опасные (не излучающие в невключенном состоянии), а главное, более интенсивные ускорительные источники — нейтронные генераторы (рис. 3.18). За несколько микросекунд, которые длится формируемый таким источником импульс, «рождается» примерно столько же нейтронов, что и в мощном ядерном реакторе за такое же время.

57

Лишившись важнейшей роли в военном применении, полоний — 210 в начале ХХI 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.

«Сердце» генератора — вакуумная нейтронная трубка, в которой ускоряются ионы дейтерия (D) и бомбардируют мишень, насыщенную тритием (Т), в результате чего образуются нейтроны (п) 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». Когда разогнанный электрическим полем ион дейтерия попадает в ядро трития, то либо протон, либо нейтрон, из которых состоит дейтерий, «увязает» в ней. Если «увязает» протон, то нейтрон «отрывается» и становится свободным. Эти нейтроны разлетаются в разные стороны (в физике говорят: «пространственное распределение — изотропно»), «собрать» и направить их на сборку — сложно, да и особого смысла не имеет: трубка способна выдать столько нейтронов, что и при изотропном их распределении энергетические возможности сборки будут реализованы полностью.

^{Рис. 3.18}

^{Верхний снимок — нейтронные генераторы, которыми комплектуются заряды W-76. Ниже слева — нейтронная трубка. В ее анодном узле 1, при приложении импульсного напряжения, происходит пробой 2 между анодом и поджигающим электродом. Изолятор между этими электродами — насыщенная дейтерием керамика (розового цвета), поэтому при разряде по ее поверхности образуется много ионов дейтерия, которые разлетаются внутри анодного узла, а затем и покидают его. Между анодным узлом и насыщенной тритием мишенью 3 (катодом), прикладывается напряжение более ста тысяч вольт. Выход ионов дейтерия из экранированной сеткой горловины анодного узла должен происходить в момент, когда это напряжение достигает максимума. Нейтронная трубка генерирует до десяти миллионов быстрых нейтронов на каждый джоуль ее энергообеспечения. Источник высокого напряжения — на нижнем левом снимке. Ток от аккумулятора преобразуется в переменный, а напряжение умножается до величины, обеспечивающей формирование ускоряющего ионы дейтерия импульса. Похожий умножитель можно видеть и в числе деталей разобранной авиабомбы В-61, на рис. 3.42. В современных ядерных зарядах системы взведения, инициирования детонаторов, программное устройство и система нейтронного инициирования объединены, как в блоке Мк-3 AFAF (Arming, Fusing And Firing System, правый снимок), обеспечивающем срабатывание ядерного заряда W-68. Энерговыделение этого заряда — 50 кт, но морская ракета «Посейдон» могла доставить к целям 10 боевых блоков с такими зарядами}

Реагирующие в трубке дейтерий и тритий — 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 массами. Водороды способны образовывать твердые соединения с легкими металлами, например, литием и 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 любого из водородов намного выше, чем в сжатом до разумных давлений газе.

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.

58

Здесь Настырный может «схватить автора за язык»: в 1980-х годах в Габоне, на месторождении Окло (где руды очень богаты изотопом U²³⁵) был обнаружен уникальный природный «реактор» (рис. 3.19).

«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.