3. БАХ-ПО ЯДРАМ…

Осуществить описанное в заголовке можно, лишь предварительно ядра «пощупав». Приобрести соответствующие знания пытались еще в довоенной Германии, в чем автор убедился в 70-х годах, выполняя в Московском инженерно-физическом институте лабораторную работу по спектрометрии бета-частиц. На полузакрашенном шильдике весьма древнего вида установки можно было разобрать: «Kaiser Wilhelm Institut»[15].

Правда, в Германии ядерные исследования до практического применения не довели: разразилось принципиальное выяснение, какая это физика — арийская или не очень. Приоритеты устанавливались с привлечением данных о расовых признаках претендентов на открытия.

О тех разборках, как и об аналогичных — касающихся соответствия тех же разделов физики положениям марксистко-ленинской философии (науки наук!) автор знает только из литературы. В Германии коллизию довели до логического завершения, а вот последователи вечно живого, всепобеждающего учения — дали слабину. Если бы упомянутая слабина допущена не была, то наверняка к отщепенцам, посмевшим замахнуться на самое святое, были бы приняты куда более радикальные меры, чем высылка (так, проявив слюнявый либерализм, поступили в райхе, именовавшем себя Тысячелетним, но фиглярствовавшем на исторической арене лишь дюжину лет).

Стечение обстоятельств привело к тому, что ядерные исследования стали процветать и получили практическое воплощение в заокеанской стране, где благожеланная властная вертикаль не была выстроена монолитно, где бескомпромиссно не формулировалась национальная идея и не ставились остро идеологические вопросы. Не последний по значению вклад в исследования урана — элемента, изменившего лицо цивилизации в XX веке — внесли те самые, с «дефектиками», изгнанники…

…Содержание урана в рудах невелико, но сами руды выглядят очень красиво (рис. 3.1). Добываемый из них уран — белый на свежем изломе металл, который на воздухе сначала покрывается налетом цвета спелой сливы, а затем и вовсе чернеет (рис. 3.2). Ядро урана содержит 92 положительно заряженных протона как и все тяжелые металлы, он вреден для человека. К тому же, уран распадается (правда очень медленно), испуская альфа — частицы (ядра гелия), но, если залить его кусок прозрачным компаундом, получается вполне безопасный сувенир. Кроме протонов, ядро урана включает и нейтроны, число которых может быть различным: в природном уране большинство ядер содержат по 146 нейтронов и лишь 0,7 % — по 143 (ядра с другим числом нейтронов в естественных условиях чрезвычайно редки). Ядра с равными количествами протонов, но различными — нейтронов, называют изотопами. Химические свойства изотопов абсолютно идентичны, потому и разделить их химическими методами нельзя, но различие в массах (для «уранов» весьма незначительное: 235 и 238 единиц) — позволяет сделать это физическими методами. Чтобы объяснить, как это происходит, вспомним о запачканных штанах (или юбке). Попытка отмыть бензином или другим растворителем жирное пятно часто приводит к тому, что после высыхания растворителя на светлой материи остается отчетливо различимый круг (а то — и несколько, концентрических).

Все наверняка слышали о броуновском, хаотическом движении молекул, а многие — о том, что, при данной температуре, скорость движения молекулы тем выше, чем меньше се масса. Представим, что две емкости разделены перегородкой. В одной части находится чистый растворитель, а в другой — с примесями двух различных по молекулярным весам «загрязнений». Пока в «грязной» половине движение ограничено со всех сторон, обе компоненты равномерно перемешаны, поскольку их молекулы долго совершали хаотические броски, хотя и с разными скоростями. Если перегородку убрать, то «загрязнения» начнут переходить на «чистую половину». За достаточное время легкая компонента сделает больше «шажков» в «чистом» направлении, потому что скорость ее между столкновениями больше, за то же время она поучаствует в большем числе соударений и среди них — тех, что сообщат ей скорость в «чистую» сторону.

Таким образом, «чистая» половина вначале окажется обогащенной легкой компонентой — до тех нор, пока молекулы легкой компоненты не «упрутся» в границы сосуда, бывшего ранее «чистым», а тяжелые молекулы не догонят легкие у его стенки. Если растворитель испаряется достаточно интенсивно, он работает, но фотофиниш фиксирует результат гонок молекул. Возьмите лупу и рассмотрите на ваших изгаженных штанах (надеюсь, они — белые, возможно, привезенные из Рио-де-Жанейро) результат этого драматического забега. В них произошло вот что: растворитель, благодаря капиллярным явлениям просачивался по тонким зазорам между ворсинками материи. Растворенные загрязнения вынуждены были пройти довольно большие расстояния по таким узкостям и легкие компоненты при этом опередили тяжелые. Потом испарение растворителя привело к консервации распределения. Это явление называется хроматографией. Его можно наблюдать и на фильтровальной бумаге, сначала капнув растворитель с загрязнениями, а потом — добавляя по каплям в центр пятна чистый растворитель (рис. 3.3). Когда растворитель высохнет, можно, по концентрическим окружностям, определяющим границы разделенных зон. разрезать фильтровальную бумагу, став обладателем «обогащенных» различными компонентами кусочков.

В процессе разделения «уранов» есть много общего с хроматографией.

Сначала их природную смесь переводят в газообразное состояние, соединяя с фтором, потом — прокачивают через бесчисленные пористые перегородки, так что молекулы гексафторида более легкого изотопа постепенно отделяются от тяжелых. Потом обогащенный легким изотопом газ собирают и вновь обращают в металл. Разделение идет весьма медленно, потому что массы, а значит, и скорости изотопов различаются незначительно.

Заводы, где из природного урана извлекают легкий изотоп, стоят многие миллиарды долларов и занимают площади в десятки квадратных километров. На расходы идут потому, что, хотя «ураны» неотличимы ни по внешнему виду, ни химически, их разделяет пропасть в свойствах ядерных «характеров».

Процесс деления U²³⁸ — «платный»: чтобы он начался, прилетающий извне нейтрон должен «принести» с собой энергию — МэВ или более. A U²³⁵ «бескорыстен»: для возбуждения и последующего распада от пришедшего нейтрона ничего не требуется, вполне достаточно его энергии связи в ядре. При попадании нейтрона в способное к делению ядро, образуется неустойчивый «компаунд», но очень быстро (через 10^–23—10^-22 секунды) такое ядро разваливается на два осколка, неравных по массе и испускающих новые нейтроны (по 2–3 в каждом акте деления, процесс этот вероятностный), так что со временем может «размножаться» и число делящихся ядер (такая реакция называется цепной). Возможно такое только в U²³⁵, потому что «жадноватый» U²³⁸ не «желает» делиться от своих собственных нейтронов, энергия которых на порядок меньше МэВа. Кинетическая энергия частиц-продуктов деления на много порядков превышает выделение энергии при любом акте химической реакции, в которой состав ядер не меняется.

Продукты деления нестабильны и еще долго «приходят в себя», испуская излучения самых различных видов, в том числе — те же нейтроны. Короткоживущими осколками нейтроны испускаются спустя 10^-6—10^-14 секунды после развала компаунд-ядра и такие нейтроны называют мгновенными. Но некоторые нейтроны испускаются через вполне ощутимое человеком время после деления (до десятков секунд). Такие нейтроны называют запаздывающими и, хотя доля их по сравнению с мгновенными мала (менее процента), роль в работе ядерных установок — важнейшая.

Свободные нейтроны активно взаимодействуют с любыми ядрами, причем весьма разнообразно. Вероятность взаимодействия описывают «сечениями», измеряемыми «барнами» (барн равен 10^-24 см²), уподобляя то или иное ядро мишени соответствующей площади для летящего нейтрона. Одно и то же ядро может представлять различной площади мишень для разных сценариев взаимодействия: например отскок нейтрона от ядра может быть намного более вероятен, чем его захват ядром с испусканием гамма кванта. Таких сценариев очень много и по совокупности информации о них можно «узнать» то или иное ядро так же точно, как по отпечаткам пальцев — человека.

Образованные делением частицы при многочисленных столкновениях с окружающими атомами «отдают» им свою энергию, повышая таким образом температуру окружающего вещества. После того, как в сборке с делящимся веществом появились нейтроны, мощность тепловыделения может возрастать или убывать, а может быть и постоянной. Параметры сборки, в которой число делений в единицу времени не растет, но и не уменьшается, называют критическими. Критичность сборки может поддерживаться и при большом, и при малом числе нейтронов, находящихся в ней в данный момент времени. В зависимости от того, больше или меньше это число, больше или меньше и мощность тепловыделения. Тепловую мощность увеличивают, либо «подкачивая» в критическую сборку дополнительные нейтроны извне, либо делая сборку сверхкритичной (тогда дополнительные нейтроны «поставляют» все более многочисленные «поколения» делящихся ядер). Например, если надо повысить число нейтронов (а значит, и тепловую мощность) реактора, то его выводят на такой режим, что каждое поколение мгновенных нейтронов чуть менее многочисленнее предыдущего, но благодаря запаздывающим нейтронам — критическое состояние едва заметно переходят. Тогда реактор не «идет в разгон» а набирает мощность достаточно медленно — так, что прирост ее можно в нужный момент остановить. Это делают, вводя в сборку поглотители нейтронов (например — стержни, содержащие кадмий или бор), что уменьшает плотность нейтронов в сборке, а значит — и выделяющуюся в ней тепловую мощность.

Образующиеся при делении нейтроны часто пролетают мимо окружающих ядер, не вызывая повторного деления. Ясно, что чем ближе к поверхности «рожден» нейтрон, тем больше у него шансов вылететь из делящегося материала и никогда не возвратиться обратно (подумайте, кто из суетящейся у обрыва толпы скорее других свалится в пропасть!) Поэтому формой сборки, сберегающей нейтроны в наибольшей мере, является шар: для данной массы вещества он имеет минимальную поверхность. Ничем не окруженный (уединенный) шар без полостей внутри сделанный из 94 %-ного U²³⁵ становится критичным при массе в 49 кг, и радиусе 85 мм. Если же сборка из такого же урана — цилиндр с длиной равной диаметру, она становится критичной при массе в 52 кг.

Поверхность уменьшается и при возрастании плотности (критичность обратно пропорциональна ее квадрату). Поэтому-то взрывное сжатие, не меняя количества делящегося материала, тем не менее, может приводить сборку в критическое состояние.

И, наконец, о роли энергии нейтронов. В неделящемся веществе, «отскакивая» от ядер, нейтроны передают им часть своей энергии, тем большую, чем «легче» (ближе им по массе) ядра. Чем в большем числе столкновений поучаствовали нейтроны, тем более они «замедляются», и, наконец, приходят в тепловое равновесие с окружающим веществом («термализуются»). Скорость «тепловых» нейтронов — 2200 м/с, что соответствует энергии 0,025 эВ. Время, за которое нейтроны термализуются ощутимо человеком: это миллисекунды (но будем помнить, что это — время снижения быстрыми нейтронами своей энергии на много порядков, до «тепловых» значений; в разы же они могут снизить свою энергию за небольшое число столкновений, что займет доли пикосекунды). При замедлении нейтроны могут ускользнуть из замедлителя, захватываются его ядрами, но со снижением их энергии вступать в реакции возрастает очень существенно, поэтому нейтроны, которые «не потерялись», с лихвой компенсируют убыль численности.

Так, если шар делящегося вещества окружить замедлителем, многие нейтроны покинут замедлитель или будут поглощены в нем, но будут и такие, которые вернутся в шар («отразятся») и, потеряв свою энергию, с гораздо большей вероятностью вызовут акты деления (рис. 3.4). В процессе обмена нейтронами между замедлителем и делящимся веществом установится усредненная, пониженная в сравнении с той, с которой они рождаются, энергия нейтронов, вызывающих деление. Если шар окружить слоем бериллия толщиной 25 мм, то, можно сэкономить 20 кг U²³⁵ и все равно достичь критического состояния сборки. Но за такую экономию придется заплатить временем: каждое последующее поколение нейтронов, прежде чем вызвать деление, должно сначала замедлиться. Эта задержка уменьшает число поколений нейтронов, рождающихся в единицу времени, а значит, энерговыделение «затягивается». Чем меньше делящегося вещества в сборке, тем больше требуется замедлителя для развития в ней цепной реакции, а деление идет на все более низкоэнергетичных нейтронах.

В предельном случае, когда критичность достигается только на совсем уж тепловых, например — в растворе солей урана в воде[16], масса сборок — сотни граммов, но раствор просто периодически вскипает. Выделяющиеся в объеме пузырьки пара уменьшают среднюю плотность делящегося вещества и цепная реакция прекращается. Затем пузырьки покидают жидкость и повторяется вспышка делений. Можно, конечно, закупорить сосуд и тогда пар высокого давления разорвет его. Это будет типичный тепловой взрыв, лишенный всех «ядерных» признаков, о которых речь пойдет далее, но, тем не менее — опасный.

Вот как описывается в книге Р. Юнга «Ярче тысячи солнц» закончившийся трагично эксперимент доктора Слотина.

«Задача его состояла в том, чтобы достигнуть, но не превзойти критической точки самого начала цепной реакции, которую он должен был немедленно прерывать, раздвигая полушария. Если бы он «проскочил» критическую точку или недостаточно быстро прервал начавшуюся реакцию в самом ее начале, то масса превзошла бы критическую величину и последовал бы ядерный взрыв…

…Неожиданно его отвертка соскользнула. Полушария сошлись слишком близко, и масса стала критичной. Мгновенно все помещение наполнилось ослепительным блеском. Слотин вместо того, чтобы укрыться и, возможно, спасти себя, рванул голыми руками оба полушария в разные стороны и прервал тем самым цепную реакцию.»

Надеюсь, читателю очевидны явные «ляпы»: оказывается, человек в состоянии движениями рук предотвратить ядерный взрыв, а уж, если таковой неминуем — может «укрыться» (уж не спрятавшись ли под письменный стол?).

В издании для профессионалов — книге «Критические параметры систем с делящимися веществами и ядерная безопасность» та же авария описана без безграмотного пафоса.

«Лос-Аламос, 1946 г. Случай неконтролируемой вспышки цепной реакции произошел на сборке, состоящей из плутониевой сферы[17], облицованной никелем толщиной 0,13 мм (плотность плутония равнялась 15,7 г/см³, общий вес — 6,2 кг), окружаемой бериллиевыми полуоболочками. Экспериментатор, регулируя зазор между полуоболочками с помощью отвертки, неожиданно выронил ее. Бериллиевые полуоболочки сомкнулись, что явилось причиной внезапной вспышки цепной реакции, в результате которой в сборке произошло 3х10¹⁵ делений. Физик, проводивший эксперимент, умер через девять дней в результате переоблучения дозой 900 рентген».

Оружейник-ядерщик, мельком взглянув на характеристики «сферы» скажет, не раздумывая: сборка изготовлена для заряда, где одно поколение быстрых нейтронов сменяется другим, более многочисленным, за неимоверно короткое, неуловимое живыми существами время. Не будучи окружена замедлителем, «сфера» была подкритичной, безопасной. То, что авария носила «невзрывной» характер, объясняется только тем, что процесс, начавшись либо с нейтрона, рожденного спонтанным делением плутония, либо со случайно попавшего в сборку «фонового[18]» нейтрона, далее происходил на частицах, каждое поколение которых долго замедлялось до тепловых скоростей. Деление прекратилось, когда сборка раскалилась, а значит — расширилась. Если физик затем действительно начал действовать руками, то это предотвратило два неприятных последствия: другую вспышку делений после остывания сборки и загрязнение всего окружающего плутонием, который, раскалившись, мог и сбросить с себя защитную оболочку из никеля[19].

Вероятно, целью опыта являлось выяснение, безопасно ли монтировать сборку в заряд, окружая при этом замедляющим нейтроны бериллием. Пошли на жутковатый эксперимент потому, что и в те времена, и сейчас далеко не все, что необходимо для реализации новых идей, поддается расчету: значения многих важных величин неизвестны. Упоминание «ослепительного блеска» следует отнести на счет эмоциональной реакции свидетелей аварии. На самом деле, это было неяркое фиолетовое свечение ионизованного гамма квантами воздуха (обычно в такой ситуации ощущается и сильный запах озона).

…Нейтроны играют настолько важную роль в ядерных реакциях и их практическом применении, что очевидна необходимость закрепить у читателя представления о динамике их замедления и взаимодействии с другими ядрами. Ясно, что лучше сделать это, не «пережевывая» вновь уже изложенное. К сожалению, эти частицы не вполне безопасны для человека, поэтому нельзя рекомендовать любителю изучить их свойства на установке вроде той, которая формировала кумулятивную струю из воды. Остается надежда, что делу поможет описание опыта, проведенного в годы работы молодым специалистом во НИИ авиационной автоматики. Работал автор с ускорительным источником — нейтронным генератором. Далее опишу его поподробнее, а пока важно лишь то, что формировал этот генератор импульсный нейтронный поток микросекундной длительности.

…Идея пришла неожиданно. Сопоставив длительность формируемого нейтронного импульса (менее микросекунды) и время замедления нейтронов (миллисекунды), автор понял, что, если окружить генератор замедлителем и сформировать импульс, то из замедлителя сначала выйдут нейтроны, испытавшие малое число столкновений, а значит — довольно высокоэнергетичные, потом — «потолкавшиеся подольше», подрастерявшие свою энергию, и уж затем — тепловые. Если для визуализации изображения применить электронно-оптический преобразователь (ЭОП), то, запуская его с определенной задержкой по отношению к началу нейтронного импульса, можно менять и энергию частиц, используемых для контроля. Это сулило прямо-таки революционное расширение возможностей нейтронографии: определив ход зависимостей от энергии нейтронов яркости свечения изображений различных деталей исследуемого объекта, можно идентифицировать вещество, из которого изготовлена деталь, потому что яркость пропорциональна сечению взаимодействия нейтронов (рис. 3.5), которое для каждого элемента весьма индивидуально зависит от их энергии. Причем, появлялась возможность проявления деталей из легких элементов — задача, непосильная методу рентгеновского контроля!

После выяснения, в каких подразделениях института есть подходящее оборудование, пришлось обратился в лабораторию, занимавшуюся регистрацией гамма-излучений ядерных взрывов. Подобные подразделения считались вспомогательными, не были избалованы вниманием начальства и их руководители стремились наладить прочные связи с подразделениями «основной тематики». «Нейтронная» тематика считалась основной, поэтому меня радушно приняли и рассказали о достижениях, в частности — о системе спектроскопии гамма квантов, показали огромные монокристаллы йодида цезия в специальных контейнерах и фотоэлектронные умножители, регистрирующие вспышки в кристаллах, порожденные гамма квантами. Подобное было памятно еще по институтским лабораторным работам, но здесь уровень аппаратуры был куда более высок, а контейнеры с самыми большими монокристаллами можно было поднять лишь обеими руками. Я вспомнил о существовании таких монокристаллов десятилетие спустя, а тогда стал задавать вопросы об ЭОПах. Оказалось, что и они имелись.

Настал и мой черед рассказать о задаче. Тут лица собеседников вытянулись от разочарования: тематика хотя и была «нейтронной», но не оружейной, а значит — не главной. Аппаратуру дать взаймы отказались, но компромисс был достигнут: разрешили, чтобы с ней работал их техник, «а уж вы с ним сами договоритесь». «Договаривались» в таких ситуациях при помощи спирта. Техник оказался веселым и знающим малым, наладив аппаратуру и получив, что причиталось, он заходил потом лишь изредка, проверяя только наличие всех приборов.

Технологические возможности института позволили изготовить конвертер (преобразователь нейтронного излучения в световое), смешав бор, сульфид цинка и «связав» смесь полиэтиленом. При захвате нейтронов ядрами бора получались альфа-частицы, которые и вызывали вспышки света в сульфиде цинка.

Вскоре начались плановые испытания генераторов на полный ресурс. «Гоняя» генераторы, попутно облучали патрон и не минуту, не час, а почти неделю! Результаты не радовали: на экране виделись лишь отдельные вспышки. Чтобы не подвергать риску быть «экспроприированным» фотоаппарат, срочно изготовили из фанеры кассету, прижимавшую к экрану кусок аэрофотопленки. И результат был получен: пленки, экспонированные при задержке запуска ЭОПа и без нее заметно отличались, что свидетельствовало об изменении средней энергии нейтронов, на которых велся контроль (рис. 3.6)! Низкоэнергетичные нейтроны позволили обнаружить и порох, что было недоступно для нейтронов быстрых, а уж тем более — для рентгена. Неважно, что изображения были получены после недельного коллекционирования отдельных вспышек! Неважно, что компоненты конвертера оказались смешанными явно неравномерно! Главное — работал принцип!. А если так, то, применив более мощный источник нейтронов (например — импульсный реактор), можно было, лишь «просветив» предмет снаружи, узнать не только его устройство, но и изотопный состав любой его детали по выбору: достаточно было укрепить на ее изображении фотоэлемент и получить зависимость его показаний от величины задержки запуска ЭОПа (а значит — и от энергий нейтронов). Ясно, что тут требовались сложные расчеты эффективности конвертера для нейтронов разных энергий, экранирования одного материала другим, по все эго было под силу ЭВМ, только входившим тогда в обиход научных учреждений…

…В НИИ авиационной автоматики (НИИАА, позднее — ВНИИА) автор попал по распределению — для выполнения дипломной работы. Чтобы понять принципы действия «авиационной автоматики», вернемся к нашим сборкам.

Ранее упоминался U²³⁵, но ключевую роль во многих областях это вещество уступило плутонию — 239. Плутоний получают в реакторах, облучая «очищенный» от 235-го изотопа уран мощными нейтронными потоками. Далее следуют ядерные превращения, в результате в облученных «блочках» остается плутоний, который отличается от урана валентностью, что допускает его отделение химическими методами, но все равно стоит плутоний примерно в шесть раз дороже U²³⁵. Однако стоимость уступает по значению другим свойствам плутония. При делении ядро Pu²³⁹ испускает в среднем 2,895 нейтрона — больше, чем U²³⁵ (2,452). К тому же, в плутонии ниже сечения нейтронных реакций не вызывающих деления. Все это приводит к тому, что уединенный шар Pu²³⁹ становится критичным при почти втрое меньшей массе, чем шар U²³⁵, а главное — при меньшем радиусе, что очень важно, поскольку позволяет снизить габариты критической сборки.

Впрочем, еще один изотоп урана — «двести тридцать третий» — позволяет достичь критичности при массе сборок еще меньшей, чем в случае плутония, правда, ненамного. И получают его при облучении нейтронами тория, которого в земной коре содержится втрое больше, чем урана. Но U²³³ не вытеснил плутоний: уж очень интенсивно испускает гамма кванты сопутствующий ему изотоп с массовым числом 232, отделить который химически, как мы знаем, невозможно, а «отцеживать» в бесчисленных ступенях разделения — очень накладно. Брать в руки U²³³ — «чревато».

Известны и другие делящиеся изотопы. В 60-х годах из них грозились сделать «атомные пули»[20], но, когда их действительно выделили в осязаемых количествах и исследовали, оказалось, что существенных «оружейных» преимуществ перед плутонием они не имеют, а вот по стоимости — превосходят на порядки.

Итак, поверхность сборки (рис. 3.7), содержащей плутоний («черная сердцевина»), искусственно увеличивали, выполняя ее в форме шарового слоя (полой внутри) и заведомо подкритичной, даже — и для тепловых нейтронов, даже — и после окружения ее замедлителем (слой желтоватого цвета). Любителям испускать по каждому поводу гнусавые вопли о поругании секретности, сразу замечу, что эта схема описана Фиттером еще в конце пятидесятых. Плутониевую «сердцевину» всегда собирали из двух тщательно подогнанных половинок, разделять ее на «дольки апельсина», приходило в голову разве что журналистам. Вокруг сборки, из очень точно пригнанных блоков взрывчатки монтировали заряд, также образовывавший шаровой слой. Читатель и сам догадывается, для чего нужен взрыв: чтобы рвать, метать, деформировать. Но, чтобы сберечь нейтроны, надо и при взрыве хоть и уменьшить радиус сборки, но сохранить ее благородную форму шара, для чего — подорвать слой взрывчатого вещества одновременно по всей его внешней поверхности, чтобы обжать сборку равномерно, со всех сторон. Для этого служила детонационная разводка из поликарбоната — также в форме шарового слоя, плотно прилегающего к заряду взрывчатки.

…Предположим, у нас есть всего один детонатор, но кроме него — взрывчатка, по консистенции напоминающая пластилин, причем скорость ее детонации очень стабильна. Попробуем сначала одновременно «развести» детонацию только в две точки. Сначала просверлим в нужных местах два отверстия. Далее, взяв циркуль и, поочередно помещая его ногу в отверстия, произвольным, но одинаковым радиусом сделаем две засечки. Процарапаем или отфрезеруем (но на небольшую, меньшую, чем толщина разводки глубину) две прямые канавки, ведущие от отверстий к точке пересечения засечек. Плотно набьем и канавки и отверстия взрывчатым «пластилином», а в точке пересечения канавок установим наш единственный детонатор. Когда он сработает, детонация пробежит по канавкам абсолютно равные расстояния, а, поскольку скорость ее высокостабильна — в один и тот же момент времени достигнет отверстий. В отверстия также забит взрывчатый «пластилин», в отличие от канавок, находящийся в контакте с основным зарядом, поэтому его детонация «заведет» и основной заряд — одновременно и в двух требуемых точках.

Для инициирования в трех точках задача усложнится. Вспоминаем планиметрию (правда, у нас поверхность не плоская, а сферическая, но — пойдем на такое упрощение): через три точки можно провести окружность одного-единственного радиуса (в центр ее и поместим детонатор), делать засечки произвольным радиусом уже нельзя. Для четырех точек — следующая ступень усложнения: одну из них (лучше — ближайшую к детонатору) придется соединять с детонатором не прямой, а ломаной канавкой, чтобы обеспечить равное с остальными тремя время пробега детонации.

А если точек — несколько десятков, да еще они должны равномерно покрывать всю сферическую поверхность заряда?

Такая задача для сферической поверхности решается с применением методов геометрии Римана. Элемент разводки выглядит как на рис. 3.8, и не на всяком станке, даже — с числовым программным управлением, его можно изготовить.

Все же, на разводку помещали не один, а несколько детонаторов в специальных розетках (рис. 3.9).

Оставалось доделать всякую ерунду: установить крышку, подключить кабели, ведущие к детонаторам… Впрочем, что значит — «ерунду»? Операции при сборке «авиационной автоматики» были только одной категории — «ответственные»! Выполнялись они «тройкой». Один громко, с внятной артикуляцией, зачитывал пункт инструкции: «Затянуть гайку, позиция…, ключом, позиция…, с моментом…». Второй повторял услышанное, брал поименованные в соответствующих позициях инструкции гайку и ключ, снабженный измерителем момента, «затягивал». Третий контролировал правильность зачитывания, повторения, соответствие «позиций» и показания измерителя момента. Потом все трое расписывались в соответствующей графе за проведенную операцию (одну из многих тысяч подобных) и каждый знал: в случае чего — «следствие, протокол, отпечатки пальцев…» Таинство производило сильное впечатление на тех, кому пришлось быть его свидетелями, в том числе — и на С. Королева, который позже внедрил аналогичный порядок и в космической отрасли.

…Но вот, во исполнение поступившего с самого «верха» приказа, ракета доставила боевой блок к цели и он «со страшной силой» ударился о землю. Пока удар не превратил блок в подобие жидкости, датчики давления, расположенные в головной части изображенной на рис. 3.7 фиолетовым цветом и хорошо видной на макете рис. 3.10 трубы подают сигнал на подрыв. Выбор головного зазора летящим боевым блоком занимает несколько сот микросекунд и этого вполне хватает, чтобы одновременно сработали от мощного импульса высокого напряжения все детонаторы, огоньки детонации с постоянной скоростью (около 8 км/с) разбежались по канавкам, а пройдя их — нырнули в отверстия и одновременно во множестве точек подорвали заряд (рис. 3.11 а). Далее следует направленный внутрь взрыв (рис. 3.11 в), который сдавливает сборку давлением более миллиона атмосфер. Поверхность сборки уменьшается, в плутонии почти исчезает внутренняя полость (рис. 3.11 г), а плотность его — увеличивается, причем очень быстро — за десяток микросекунд сжимаемая сборка «проскакивает» критическое состояние на тепловых нейтронах и становится существенно сверхкритичной на нейтронах быстрых.

…Не знаю, как решит читатель, по-моему — кинограмма рис. 3.11 выглядит довольно живописно. Но, как говаривал товарищ Семплеяров[21]: «Разоблачение совершенно необходимо. Без этого ваши блестящие номера оставят тягостное впечатление. Зрительская масса требует объяснения!».

«Зрительская масса» наверняка догадалась, что сфотографирован не взрыв настоящего ядерного заряда. Но на кинограмме — вообще не взрыв, а анимация. Вместо взрывчатого вещества использован оранжевый порошок бихромата аммония (с его помощью детям часто демонстрируют «вулкан»), «Плутоний» сделан из подкрашенного черной тушью поролона, а «замедлитель» — из термореактивного кембрика, сжимающегося при нагревании. Начало реакции разложения бихромата инициировано при подключении тока к нихромовой проволоке, взятой из «сгоревшего» паяльника и обернутой вокруг полоски целлулоида, которая уложена по внешней поверхности «заряда». В отличие от детонации взрывчатки, реакция в бихромате идет медленно и можно рассмотреть (и сфотографировать самой обычной, даже «телефонной», камерой), как фронт реакции «сходится» к сборке. Существенная некорректность модели в том, что «плутониевая» сборка становится «сверхкритичной» при сжатии ее нагреваемым кембриком, а не «взрывчаткой».

…Ну, а в настоящей сборке, через период, определяемый ничтожным временем незначительного замедления быстрых нейтронов, каждый из нового, более многочисленного их поколения добавляет производимым им делением энергию в более чем две сотни МэВ в и без того распираемое чудовищным давлением вещество сборки. В масштабах происходивших явлений, прочность даже самых лучших легированных сталей столь мизерна, что никому и в голову не приходит учитывать ее при расчетах динамики взрыва. Единственное, что не дает разлететься сборке — инерция: чтобы расширить плутониевый шар за десяток наносекунд всего на сантиметр, требуется придать веществу ускорение в десятки триллионов раз превышающее ускорение земного притяжения, а такое вовсе непросто. В конце концов, вещество все же разлетается, прекращается деление, но не интересные события: энергия перераспределяется между тяжелыми, ионизованными осколками разделившихся ядер, другими испущенными при делении заряженными частицами, а также электрически нейтральными гамма квантами и нейтронами. Энергия продуктов реакций — порядка десятков и даже сотен МэВ, но только гамма кванты больших энергий и нейтроны имеют шансы избежать взаимодействия с веществом, из которого была сделана сборка и покинуть место, где начинает зарождаться огненный шар ядерного взрыва. Заряженные же частицы быстро теряют энергию в актах столкновений и ионизаций. При этом испускается излучение, правда, уже не «жесткое» ядерное, а более «мягкое», с энергией на три порядка меньшей, но все же более чем достаточной, чтобы «выбить» у атомов электроны — не только с внешних оболочек, но и вообще все. Мешанина из «голых» ядер, «ободранных» с них электронов и излучения с плотностью в граммы на кубический сантиметр[22] — все то, что мгновение назад было зарядом — приходит в некое подобие равновесия. В совсем «молодом» огненном шаре устанавливается температура порядка десятков миллионов градусов. Если шар захватывает сталь, в ней (именно в ней, а не вокруг нее) поднимается ветер[23].

Казалось бы, даже и «мягкое», но двигающееся с максимально возможной скоростью света излучение должно оставить далеко позади вещество, которое его породило, но это не так: в «холодном» воздухе, пробег квантов кэвных энергий составляет сантиметры и двигаются они не по прямой, а, при каждом взаимодействии переизлучаясь, меняя направление движения. Кванты ионизируют воздух, распространяются в нем как вишневый сок, вылитый в стакан с водой.

Такое называют радиационной диффузией. Энергия вещества пропорциональна четвертой степени его температуры, поэтому на этой стадии она «умещается» в небольшом объеме. «Молодой» огненный шар через несколько десятков наносекунд после завершения мощной[24] вспышки делений имеет радиус три метра и температуру почти 8 млн. кельвинов. Но уже через 30 микросекунд его радиус составляет 18 метров, правда, температура падает — «всего лишь» менее миллиона градусов.

Шар пожирает пространство, а ионизованный воздух за его фронтом почти не двигается: передать ему значительный импульс при диффузии излучение не может. Но оно накачивает в этот воздух огромную энергию[25], нагревая его и, когда энергия излучения иссякает, шар начинает расти за счет расширения горячей плазмы из воздуха. К тому же, изнутри шар распирает то, что раньше было зарядом. Полностью ионизованный воздух прозрачен и на фотографиях это можно увидеть (рис. 3.13а). Расширяясь, подобно надуваемому пузырю, оболочка из вещества заряда истончается. В отличие от пузыря, ее, конечно, ничто не «надувает»: с внутренней стороны почти не остается вещества, все оно летит от центра по инерции, но через 30 микросекунд после взрыва скорость этого полета — более сотни километров в секунду, а гидродинамическое давление в веществе — более 150 тысяч атмосфер! Чересчур уж тонкой стать оболочке не суждено, она лопается, образуя «волдыри» (рис. 3.13б). Кстати, если все произошло на небольшой высоте, то плазма теряет форму шара, что видно из фотографий. Там, где вещество заряда ударяет в грунт, давление и температура умножаются по сравнению со значениями на «свободном» фронте. Так и было задумано: большинство целей «авиационной автоматики» (хотя и не все) находится на земле.

Процесс захватывает новые слои воздуха, энергии на то, чтобы «ободрать» все электроны с атомов уже не хватает, уменьшается прозрачность фронта. Иссякает энергия ионизованного слоя и обрывков плазменного пузыря, они уже не в силах двигать перед собой огромную массу и заметно замедляются. Но то, что до взрыва было воздухом, двигается по инерции, оторвавшись от шара, вбирая в себя все новые слои воздуха холодного — начинается образование ударной волны.

При отрыве ударной волны от огненного шара меняются характеристики излучающего слоя и резко возрастает мощность излучения в оптической части спектра (рис. 3.13в, так называемый «первый максимум»). При дальнейшем движении волны происходит сложная конкуренция процессов высвечивания и изменения прозрачности окружающего воздуха, приводящая к реализации и второго максимума, менее мощного, но значительно более длительного — настолько, что выход световой энергии больше, чем в первом максимуме.

Вблизи взрыва все окружающее испаряется, подальше — плавится, но и еще дальше, где тепловой поток уже недостаточен для плавления твердых тел, грунт, скалы, дома текут как жидкость под чудовищным, разрушавшим все прочностные связи, напором газа, раскаленного до нестерпимого для глаз сияния.

Наконец, ударная волна уходит далеко от точки взрыва, где остается рыхлое и ослабевшее, но расширившееся во много раз облако из конденсировавшихся, обратившихся в мельчайшую и очень радиоактивную пыль паров. Нет, не воды. Или, в самом общем случае — не только воды, а того, что побывало плазмой заряда, рекомбинировало[26], и того, что в свой страшный час оказалось близко к месту, от которого следовало бы держаться как можно дальше. Облако начинает подниматься вверх. Оно остывает, меняя свой цвет, «надевает» белую шапку конденсировавшейся влаги, за ним тянется пыль с поверхности земли (рис. 3.14)…

…Среди читателей попадаются настырные, проверяющие все с карандашом в руках. 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 настырный, который получит результат, далекий от сотни килотонн тротилового эквивалента 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, произойдет «хлопок», «пшик», и это повлечет строгую ответственность тех, кто был причастен (а может — и не причастен) к такому безобразию.

Чтобы «хлопок» не опозорил самоотверженно трудившийся коллектив, в сверхкритическую сборку в нужную микросекунду надо «брызнуть» нейтронами (на рис. 3.15 изображены «зелененьким») — так, чтобы как можно больше их попало в сверхкритическую сборку. В первых ядерных зарядах для этого использовались изотопные источники: полоний-210 в момент сжатия плутониевой сборки 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[27] полоний — уж очень «скоропортящийся»: всего за 138 суток снижает свою активность вдвое. Поэтому на смену изотопным пришли менее опасные (не излучающие в невключенном состоянии), а главное — более интенсивные ускорительные источники нейтронов: за несколько микросекунд, которые длится формируемый таким источником импульс, «рождается» примерно столько же нейтронов, что и в мощном ядерном реакторе за такое же время.

Все происходит в вакуумной нейтронной трубке (рис. 3.16). Между насыщенной тритием мишенью (катодом) 1 и анодным узлом 2, прикладывается импульсное напряжение в сотню тысяч вольт. Когда напряжение максимально, необходимо, чтобы между анодом и катодом оказались ионы дейтерия, которые и требуется ускорить. Для этого служит ионный источник. На его анод 3 подается «поджигающий импульс» и разряд, проходя по поверхности насыщенной дейтерием керамики 4, образует ионы (дейтоны, D). Поджигающий импульс должен быть сформирован в строго определенный момент времени: чуть раньше, чем ускоряющее напряжение достигнет максимума, потому что дейтонам требуется несколько десятых долей микросекунды, чтобы, продрейфовав внутри анодного узла, оказаться в ускоряющем промежутке. Ускорившись, они бомбардируют мишень, насыщенную тритием (Т), в результате чего образуются нейтроны (n) 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»: либо протон, либо нейтрон (из которых состоит ион дейтерия, разогнанный электрическим полем) «увязает» в ядре мишени (трития). Если «увязает» протон, то нейтрон «отрывается» и становится свободным.

И дейтерий и тритий будут еще упомянуты, поэтому о них стоит рассказать. Это — 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 массой. Все три «водорода» при нормальных условиях — газы, а в этом агрегатном состоянии достичь высоких плотностей веществ затруднительно. Но «водороды» способны образовывать и твердые соединения, преимущественно с легкими металлами, например литием или 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 «водородов» существенно выше, чем в сжатом до разумных давлений газе.

Дейтерий «примешан» к природному водороду в еще примерно впятеро меньших количествах, чем «оружейный» уран — к обычному. Но разность масс у протия и дейтерия — двойная, поэтому процессы их разделения в противоточных колоннах более эффективны.

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

Li⁶ + n > Li⁷ > T + He⁴.

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]).

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.

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).

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:

Кругом кипит могучее строительство.
Кремль величавый на холме стоит,
А там — такое мудрое правительство,
Оно нас кормит, одевает и поит!

марширующих на рытье котлована под что-то жюльверновское, чтоб из него и на Луну можно было… Но опять слышались вредительские речи, что не доплюнуть из жюльверновской не только до Луны, но и — через Арктику, сколько бы не работали пороховые заводы. А через Арктику — край, как хотелось…

…Увеличить дальность полета снаряда нельзя, не увеличив его скорости, а этому, помимо волны разрежения в стволе, препятствует сопротивление воздуха: по мере увеличения скорости, оно непропорционально возрастает.

Ракета-то расходует свои силы куда более экономно: в начале своего пути, в плотном воздухе, она не теряет много энергии на преодоление его сопротивления, потому что двигается сравнительно медленно и проходит плотные слои атмосферы по кратчайшему — вертикальному — пути; скорость ее становилась значительной в уже разреженном воздухе, на большой высоте. Тут-то ее траектории придается нужный для попадания в цель наклон, заканчивают работу двигатели и далее «забрасываемый вес» пролетал до 90 % дальности по баллистической траектории.

Вес этот был меньше, чем тот, который нес «Ланкастер» или «Либерейтор», но производил значительно больший «эффект», каковой пытались всемерно увеличить, экономя каждый килограмм, так что порой капсула выпирала из «юбки» боеголовки, где прятался шар «запала»[30] (рис. 3.19).

…Как-то автор посетил по служебным надобностям Китай. Там гордятся своим «ядерным щитом» и в военном музее выставлены макеты, иногда — даже снабженные иллюминаторами, чтобы простой люд мог увидеть, «как все устроено» (рис. 3.20). Один макет отличался от других благородным, с синеватым отливом, белым цветом покраски. Как автор и предполагал, это была боеголовка морской ракеты «Цзюйлань» — морякам всего мира не чужд снобизм и китайские тоже предпочитали не красить свои изделия в цвет, который их коллеги у нас презрительно характеризуют как «зелень подкильная». На вопрос о характеристиках, сопровождающие самодовольно заулыбались: мол. кудыж-те, милок, бдительность-то нашу, китайску, оммануть!

Хотя «Цзюйлань» (рис. 3.21) переводится с китайского, как «большая волна», донести до цели эта «волна» может небольшой вес и конструкторы «вылизали» боеголовку. Прикинув пальцами размеры ампулы, автор брякнул: «Термоядерная, трехфазная, мощность…» Это была большая глупость — улыбки с лиц слетели, но позже «сопровождавшие» стали весьма скупы на какие-либо пояснения. Они явно имели смутное представления о делении и синтезе ядер, иначе продемонстрированный способ оценки был бы для них самим собой разумеющимся…

…Иногда вместо высокотехнологичных имплозивных зарядов лепят «ствольную» халтуру. Такой заряд был первым, примененным в боевых условиях — 6 августа 1945 г. бомбардировщик Б-29 сбросил снаряженного им «Малыша» (рис. 3.22) на японский город Хиросиму. «Ствольным» же заряд назвали потому, что и толстостенная трубка из U²³⁵ и «снаряд» из того же материала располагались в обрезке орудийного ствола (нарезы, правда, сточили). Снаряд выстреливался порохом и плотно занимал свое место в отверстии трубки, образуя сверхкритическую сборку цилиндрической формы. Не нужна была в этом случае сложная схема синхронизации подрыва детонаторов, изготовление строго однородных сферических сегментов ВВ, их подгонка и многое другое, по неприлично низким был и КПД использования делящегося вещества. Профессионалы относились к такой схеме с пренебрежением[31]. «Ствольные» заряды использовали в исследовательских целях, когда требовалось изучить прохождение ударных волн в грунте. В узкую скважину, пробуренную на большую глубину, имплозивного «толстяка» было не затолкать.

Но подобные «упражнения на стороне» не снимали главного вопроса — о роли ядерного оружия в войне. Только уничтожая города, войну не выиграть, пример Германии, да и Японии свидетельствовал, что этим можно ослабить сопротивление, но не сломить его окончательно. Понятно, что поначалу, когда ядерных зарядов насчитывалось не очень много, нацеливать их предполагали только на очень важные объекты. Таким объектом с полным правом мог считаться и ударный авианосец — корабль, чье боевое значение не уступало ценности иного промышленного центра. Для выяснения «военно-морских» возможностей ядерного оружия, в июле 1946 года на тихоокеанский атолл Бикини была стянута целая эскадра старых кораблей: японских, германских, американских.

… Испытания начались с небольшого конфуза: с самолета Б-29, летевшего на высоте более 9 км, сбросили бомбу, промахнувшись более чем на шестьсот метров относительно точки прицеливания. В результате большой авианосец «Саратога» оказался в 4 км от взрыва с энерговыделением в 23 кт и повреждений не получил. Некоторые сразу задались вопросом, какова будет вероятность поражения авианосца в бою, где он будет маневрировать, а не смиренно ожидать своей участи подобно несчастному городу, а его самолеты — постараются «пощупать» приближающийся бомбардировщик. Экипаж самолета тоже можно понять: изображать что-то, напоминающее пикирование, зная, что сейчас произойдет внизу — чревато, причем настолько, что вряд ли помогло бы в этой ситуации даже проникновенное комиссарское слово. Так в ходе испытаний проявилось то, что сейчас уже считается общеизвестной истиной: мощность заряда нет смысла наращивать без предела, она должна соответствовать маневренности и защищенности цели, точности средства доставки и обеспечивать безопасность тех, кто его применяет.

…Между тем, испытания продолжались. Для «усиления эффекта», при следующем испытании взрыв произвели на глубине в 30 м, принайтовав заряд тросами к барже. Правда, баржа в боевых условиях вряд ли могла служить носителем ядерного оружия, но получилось очень красиво (рис. 3.23). Кое-какие корабли затонули сразу, а «Саратога», дрейфовавший в 500 м от центра взрыва, бортом к нему, оставался на плаву в течение 7,5 часов. Конечно, неэтично строить предположения, стал ли экипаж, окажись он на «Саратоге», в течение долгих часов созерцать, как тонет родной корабль, или все же прекратил бы поступление воды. В 1990 году подводная экспедиция обследовала «Саратогу» (рис. 3.24). Корабль лежал на ровном киле, были видны прогибы обшивки корпуса, вызванные ударной волной в воде, исчезла сорванная воздушной ударной волной огромная дымовая труба, по которой до войны можно было без труда опознать красавец-корабль (рис. 3.25). Присутствуй на тех испытаниях наши воины невидимого фронта — и, размазывая сопли по щекам, дали бы вредители-проектировщики признательные показания: мол, специально сконструировали для корабля трубу с большой парусностью. Судите нас, граждане судьи! Что же касается других, не «косметических», повреждений — предлагаю читателю самому оценить, какие из повреждений более серьезны: «Саратоги» или авианосца «Франклин» (рис. 3.26), на который спикировал камикадзе с всего-то семисоткилограммовым зарядом обычной взрывчатки. «Франклин», после вызванного попаданием пожара, посчитав неремонтопригодным, разобрали на металл.

Есть у автора и личные впечатления от последствий воздействия поражающих факторов ядерного оружия на корабли. В 90-х годах наша группа прибыла на остров Коневец в Ладожском озере. Обратил на себя внимание корабль, севший на дно недалеко от берега (рис. 3.27). Как оказалось, это был старый германский тральщик Т-219, переживший два ядерных взрыва при натурных испытаниях в октябре 1957 г. на новоземельском полигоне.

Находясь сначала в 800 м, а потом — почти в километре от взрывов заглубленных на 30 м зарядов с энерговыделением в 30 кт, тральщик остался на плаву и его затем перевели по системе каналов с Новой земли на Ладогу. Там корабль потопили, стреляя по нему крылатыми ракетами с инертными боевыми частями. Каждому, кто осмотрел корабль, дырки от попавших ракет были очень заметны, а вот повреждения, характерные для воздействия поражающих факторов ядерного взрыва (деформация бортов, надстроек, повреждения рангоута) — не очень. Правда, в первом случае тральщик «ударила» волна сравнительно удаленного взрыва, а во втором — он получил прямые попадания, но стоит учесть и разницу в стоимости ракет и ядерного заряда: в пятидесятых годах первые были куда как дешевле.

Нет ничего удивительного в том, что анализ результатов этого и других испытаний привел к тому же, что ранее имело место для обычных боеприпасов: началась «специализация» ядерного оружия, его характеристики приводились в соответствие с условиями боевого применения.

Постепенно оргастическое упоение зарядами огромной мощности сменялось трезвыми расчетами. Поскольку радиус поражения возрастает пропорционально корню квадратному из энерговыделения, не составляло труда прикинуть, что несколько боеголовок, пусть даже и меньшей суммарной мощности (ведь каждая из них должна иметь свою систему инициирования и прочее) обеспечивают большее действие у цели, чем одна мощная, того же веса. «Забрасываемый вес» поделили между несколькими боевыми блоками, на первых порах — рассеиваемого типа: разделившись, они летели в неуправляемом режиме. Для поражения целей большой площади и такое решение годилось, но огромный скачок в эффективности произошел тогда, когда каждый из блоков (рис. 3.28) стал наводиться на специально для него предназначенную цель (рис. 3.29).

Оптимизировались и «эффекты»: при ударе по слабозащищенным целям, подрывать заряд следует на небольшой, зависящей от энерговыделения, высоте — тогда ударная волна с необходимыми для поражения параметрами формируется на большей площади. Для уничтожения прочного подземного бункера необходим подрыв «заглубленного» заряда (рис. 3.30) и это требовало разработки специальных конструкций — надо только представить себе, какие огромные нагрузки испытывает довольно сложный заряд, когда боеголовка, на скорости в несколько километров в секунду, внедряется в грунт, а то и в бетон (рис. 3.31).

Появилось оружие сверхмалой мощности для сухопутных войск (рис. 3.19) — чтобы они могли сами поражать важные и высокозащищенные цели, а не бежали от них в кошмаре быть испепеленными «своим» же, но чересчур большим, огненным шаром.

Но все это были вариации размеров и мощности, а не истинная специализация оружия по характеру наносимых цели поражений. Предпосылки для такого заключались в распределении энергии при ядерном взрыве.

…Энергия в 202 Мэв, выделяющаяся при каждом акте деления, следующим образом распределяется между продуктами этой реакции. В процессе взрыва мгновенно выделяются:

— кинетическая энергия продуктов деления — 168 Мэв;

— кинетическая энергия нейтронов — 5 Мэв;

— энергия гамма излучения — 4,6 Мэв.

Со значительным запаздыванием после взрыва выделяются:

— энергия бета излучения продуктов деления — 7 Мэв;

— энергия гамма излучения продуктов деления — 6 Мэв.

Все то, что при ядерном взрыве проходит по «второму списку», приводит к радиоактивному заражению местности — явлению, только на эмоциональном уровне вызывающему некое извращенное удовлетворение в ассоциации с образом ненавистного врага, но на самом деле — весьма опасное для обеих сторон.

Энергия же факторов первого списка преобразовывается в то, благодаря чему ядерное оружие господствует на поле боя. Если взрыв происходит в сравнительно плотном воздухе — почти две трети его энергии переходит в ударную волну. Почти весь остаток забирает световое излучение, оставляя лишь десятую часть проникающей радиации, а из этого мизера лишь 6 % достается сотворившим взрыв нейтронам. Существенную энергию (11 Мэв) уносят с собой нейтрино, но они настолько неуловимы, что найти им и их энергии практическое применение не удается до сих пор.

…Все было достаточно ясно с ударной волной (поэтому и мощность ядерного взрыва стали оценивать, сравнивая со взрывом обычной взрывчатки). Не были необычными и эффекты, вызываемые мощной вспышкой света: горели деревянные постройки, получали ожоги солдаты. Но то же самое делал и входивший в моду напалм[32]…

А вот непривычное «общественности», не превращающее цель в головешки или тривиальную, не вызывающую возмущения, груду развалин — конечно же, почиталось «варварством». Чтобы прикинуть, как это варварство использовать порациональнее, пригляделись к тому, что возмутительно уклонялось от созидания главных поражающих факторов — к ускользавшим из огненного шара нейтронам и вы- сокоэнергетичному («жесткому») гамма излучению…

…Прямое действие гамма излучения уступало по боевому эффекту и ударной волне и свету. В самом деле, гамма излучение может, например, причинить неприятности электронике, но — в огромных дозах (десятках миллионов рад[33]). При таких дозах плавятся металлы, так что ударная волна с куда меньшей плотностью энергии уничтожала цель без подобных излишеств.

Если плотность энергии гамма излучения была меньше, то оно становилась безразличным для сделанной из железа технике, вроде тех же пушек — а ударная волна и тут могла сказать свое слово…

…Еще одна категория возможных целей в военных документах обозначается эвфемизмом «живая сила». Здесь тоже не все очевидно: во-первых, гамма излучение существенно ослабляется, например, броней, а во-вторых — особенности радиационных поражений таковы, что даже получившие абсолютно смертельную дозу в тысячи бэр экипажи танков оставались бы боеспособными в течение нескольких часов. За это время подвижные и сравнительно малоуязвимые машины успели бы сделать многое.

Так что прямое гамма облучение существенного боевого эффекта не обеспечивало, чего нельзя сказать об эффектах вторичных, порожденных им же…

Начинается все с Комптон-эффекта — рассеяния гамма квантов на электронах атомов, составляющих воздух. В результате рассеяния, возникают электроны отдачи, которым кванты отдали часть своей энергии. Углы рассеяния и отдачи невелики, гак что следствием Комптон-эффекта является расходящийся от точки взрыва ток электронов: их скорость существенно выше, чем скорость ионов, Все это происходит в магнитном поле Земли: магнитное поле, не сообщая заряженной частице кинетическую энергию, «закручивает» ее траекторию (рис. 3.32). Но движение, отличное от равномерного и прямолинейного есть движение с ускорением — так учит нас школьный курс механики; хотя и не разбираемая подробно в школе наука электродинамика учит еще и тому, что двигающийся с ускорением заряд излучает. Излучение это — тоже электромагнитное, то есть представляет собой колебания электрического и магнитного полей, распространяющиеся в пространстве со скоростью света. Характеристики электромагнитного импульса ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ) отличаются от характеристик породившего его гамма излучения лишь количественно, но зато — на много порядков. Начнем с того, что в энергию ЭМИ переходит лишь 0,6 % энергии гамма квантов, а ведь их доля в балансе энергии взрыва сама по себе мала. Еще более различаются частоты колебаний: у ЭМИ — килогерцы-мегагерцы, у его «родителя» — на пятнадцать порядков большие.

Но возникновение ЭМИ — не только результат «закручивания» электронов. Вклад вносит и дипольное излучение (его мощность пропорциональна второй производной дипольного момента по времени) а образуется электрический диполь благодаря тому, что на больших высотах плотность воздуха существенно меняется с высотой, а значит — меняется и плотность зарядов, порождаемых гамма квантами. Есть и еще одна причина — возмущение магнитного поля Земли проводящим плазмоидом — благодаря которой меняется магнитный момент, реагирующий на свое изменение так же как электрический.

Все эти «вклады» обуславливают формирование непрерывного частотного спектра (континуума) ЭМИ ЯВ — совокупности колебаний огромного числа частот. Когда проводят расчеты воздействия ЭМИ, то не все эти частоты даже принимают во внимание, а только те, которые вносят заметный энергетический вклад: от десятков килогерц до сотен мегагерц. Но и эти волны ведут себя по-разному: те, чьи частоты превышают мегагерцы затухают в атмосфере, а более низкочастотные — «ныряют» в естественный волновод, образованный поверхностью Земли и ионосферой и могут помногу раз обогнуть земной шар. Правда, «долгожители» эти напоминают о своем существовании лишь хрипением в приемниках, похожим на «голоса» грозовых разрядов, а вот их более высокочастотные родственники заявляют о себе мощными и весьма опасными для аппаратуры «щелчками».

Казалось бы, длинноволновое излучение вообще должно быть безразлично военной электронике — такой ложный вывод подсказывает известная из курса электродинамики теорема взаимности: любое устройство с наибольшей эффективностью принимает волны того диапазона, в каком она их излучает. А принимает и излучает военная электроника в гораздо более высокочастотных, чем ЭМИ ЯВ диапазонах, что и понятно: при создании оружия всемерно «ужимают» габариты, а, чем меньше длина волны, тем меньше и размеры антенны.

Но воздействует-то ЭМИ ЯВ на электронику не через антенну. Если ракету длиной в 10 метров «накрывала» длинная волна с не поражающей воображение напряженностью электрического поля в 100 В/см, то на металлическом ракетном корпусе наводилась разность потенциалов в 100 тысяч вольт! Мощные импульсные токи через заземляющие связи «затекают» в схемы, да и сами точки заземления на корпусе оказываются под разными и очень существенно отличающимися потенциалами. А опасны такие перегрузки для полупроводниковых элементов: для того, чтобы «сжечь» высокочастотный диод достаточно токового импульса мизерной (в десятимиллионную долю Джоуля) энергии. ЭМИ занял почетное место могущественного поражающего фактора — иногда им выводилась из строя аппаратура за тысячи километров от ядерного взрыва — такое было не по силам ни ударной волне, ни световому импульсу.

Понятно, для достижения максимального эффекта, были оптимизированы и параметры вызывающих ЭМИ взрывов (в основном это — высота подрыва заряда данной мощности). Разрабатывались и меры защиты: аппаратура снабжалась дополнительными экранами, охранными разрядниками. Ни один образец боевой техники не принимался на вооружение, пока не была доказана испытаниями — натурными или на специально созданных имитаторах (рис. 3.33) — его стойкость к ЭМИ ЯВ — по крайней мере такой интенсивности, которая характерна для не слишком уж больших дистанций от взрыва.

…Если нет или очень мало вокруг воздуха, то нет и главного поражающего фактора ядерного взрыва — ударной волны: ей просто не из чего образоваться. Именно так и обстоит дело на рубежах противоракетной обороны, когда необходимо перехватить боевой блок противника. Сделать это надо на большой высоте, чтобы даже в случае его подрыва не пострадали объекты, на которые он нацелен. Но отсутствие вокруг воздуха лишает противоракету возможности поразить цель ударной волной. Правда, при ядерном взрыве в безвоздушном пространстве возрастает преобразование его энергии в световой импульс, но помогает это мало, поскольку боевой блок рассчитан на преодоление теплового барьера при входе в атмосферу и снабжен эффективным обгорающим (абляционным) теплозащитным покрытием. Нейтроны же свободно «проскакивают» через такое покрытие, а проскочив — бьют в «сердце» боевого блока — сборку, содержащую делящееся вещество. Ядерный взрыв при этом невозможен — сборка-то пока докритична — но нейтроны порождают в плутонии много цепей деления, хоть и затухающих. Плутоний, который и при нормальных условиях из-за самопроизвольно протекающих ядерных реакций имеет температуру, ощутимо превышающую комнатную, при таком внутреннем подогреве плавится, деформируется и — прощай мечты о создании из него в нужный момент сверхкритической сборки!

В заряде, предназначенном для перехвата боевого блока, не чинят преград нейтронам: в нем есть ядерный запал и капсула с термоядерным топливом, но нет оболочки из «тяжелого урана», поскольку взрывной эффект — ненужное излишество. Такими двухфазными термоядерными зарядами оснащены американские противоракеты «Спринт» (рис. 3.34), охраняющие шахты межконтинентальных баллистических ракет. Конусная форма «Спринта» позволяет ему выдерживать огромные перегрузки, возникающие во время старта и последующем маневрировании.

Но и нейтроны при перехвате боевого блока и ЭМИ противоборствуют с бездушными машинами, а где же пресловутое варварство? Вполне может ядерное оружие представить и «фильм ужасов» извращенным любителям этого жанра. И изумляли непомерным слюноотделением газетенки, заливаясь в брехе об изуверских «нейтронных бомбах» — мародерском оружии, предназначенном якобы для уничтожения людей, но сохранения материальных ценностей для последующего разграбления.

Двухфазными термоядерными зарядами (по американской терминологии — «боеприпасами с повышенным выходом радиации») оснащались боевые части ракет «Лэнс» и 203-мм гаубичные снаряды.

Предметы, подвергшиеся воздействию значительных нейтронных потоков (основного поражающего фактора двухфазных боеприпасов) опасны для жизни, потому что нейтроны после взаимодействия с ядрами инициируют в них разнообразные реакции, являющиеся причиной вторичного (наведенного) излучения, которое испускается в течение длительного времени после того, как распадется последний из облучавших вещество нейтронов.

На самом деле, ампульные боеприпасы предназначались для поражения бронетехники, по численности которой Варшавский пакт превосходил НАТО в несколько раз. Выбор носителей и их досягаемость (десятки километров) указывали, что создавалось это оружие для решения оперативно-тактических задач.

Прочная конструкция танка достаточно стойка к воздействию ударной волны, поэтому после расчетов применения ядерного оружия различных классов против бронетехники, с учетом последствий заражения местности продуктами деления и разрушений от мощных ударных волн, основным поражающим фактором решили сделать нейтроны.

Рассчитывая остановить навал «брони», в штабах НАТО разработали концепцию «борьбы со вторыми эшелонами», стараясь отнести подальше рубеж применения нейтронного оружия по противнику. Основной задачей бронетанковых войск является развитие успеха на оперативную глубину, после того, как их бросят в брешь в обороне, «пробитую», например, ядерным ударом большой мощности. В этот момент применять радиационные боеприпасы уже поздновато: хотя 14-МэВные нейтроны — продукт термоядерных реакций — незначительно поглощаются броней, но, как уже знает читатель, радиационные поражения экипажей сказываются на их боеспособности не сразу. Поэтому радиационные удары планировались по выжидательным районам, где изготавливались к введению в прорыв основные массы бронетехники: за время марша к линии фронта на ее экипажах должны были проявиться последствия облучения.

В предназначенных для борьбы с танками двухфазных боеприпасах была предусмотрена замена ампул с существенно уменьшившимся количеством трития на «свежие», производимая в арсеналах в процессе хранения. Могли такие боеприпасы применяться и с «холостыми» ампулами — как однофазные ядерные снаряды килотонной мощности.

…Читатель наверняка заметил, что все описанные варианты характеризуются практически изотропным полем поражения: и ударная волна и гамма кванты и нейтроны летят во всех направлениях от взрыва.

…Но натурам утонченным претило такое неизящество: как это — дубиной — и хрясь, чтоб все — в разные стороны? Нет, сделайте нам красиво, как в синематографе: чтоб неуловимые выпады шпажкой — шир-шир-шир — и улеглись вокруг поверженные враги лепестками ромашки! Ну если нельзя пока шпажкой, то — хоть мечом, волшебным Эскалибуром[34]…

…Атомы могут находиться в различных энергетических состояниях. При переходе из возбужденного состояния в основное атом испускает квант света. Благодаря этому явлению мы видим пламя — и костра и факела ракетного двигателя. Кроме самопроизвольных переходов с одного энергетического уровня на другой, могут произойти и вынужденные, обусловленные действием на атом падающего на него излучения. Самопроизвольные переходы могут осуществляться только в одном направлении — с более высоких уровней на более низкие. Вынужденные переходы могут происходить как в одном, так и в другом направлении. В случае перехода на более высокий уровень атом поглощает падающее на него излучение. При вынужденном переходе с одного из возбужденных уровней на более низкий энергетический уровень происходит излучение атомом фотона, дополнительного к тому фотону, под действием которого произошел переход. Это дополнительное излучение называется вынужденным (или индуцированным).

Вынужденное излучение обладает весьма важными свойствами. По частоте, фазе и поляризации оно совпадает с таковыми излучения вызвавшего переход: вынужденное и внешнее излучения когерентны. Эта особенность вынужденного излучения лежит в основе действия усилителей и генераторов света, называемых лазерами.

Эйнштейн в 1917 году показал, что соотношение между вероятностями спонтанного и индуцированного излучения пропорционально длине волны. Выход лучистой энергии ядерного взрыва реализуется в основном в рентгеновской части электромагнитного спектра. Для таких коротких воли требуемая энергия накачки очень высока, но у ядерного взрыва ее много!

Рентгеновские лазеры — импульсные, с малой длительностью генерации. При огромной плотности энергии активная среда лазера может быть только плазмой, причем полностью ионизованной.

Когда плазма ядерного взрыва начинает охлаждаться, быстрее других частиц охлаждаются электроны. После достаточного понижения температуры электронов, начинается процесс рекомбинации. Для некоторых уровней при этом и реализуются индуцированные переходы.

Плотность электронов не должна быть слишком высокой, чтобы обеспечить условия инверсной населенности. Дело в том, что с увеличением энергии состояния населенность уровня — количество атомов в этом состоянии — уменьшается. Число переходов между двумя уровнями пропорционально населенности исходного уровня. В системе атомов, находящейся в термодинамическом равновесии, поглощение волны накачки может и преобладать над вынужденным излучением, так что волна накачки при прохождении через вещество ослабляется. Для усиления же нужно, чтобы в состоянии с большей энергией находилось большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией. В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную населенность. Такое возможно для атомов таких элементов, как железо, цинк, медь.

Если активная среда — пусть это будет стержень — представляет твердое тело, то за короткое время накачки ее форма практически не изменится. Образовавшаяся плазма расширяет со скоростью 50 км/с. Если начальный радиус стержня — доли миллиметра, то потребуется около 30 наносекунд, чтобы создались условия для возникновения индуцированного излучения, которое длится не более наносекунды. За это время диаметр расширяющегося стержня превысит миллиметр.

Для формирования, фокусировки, усиления рентгеновского излучения бесполезны зеркальная оптика и оптические резонаторы. Все определяется выбором формы активной среды с учетом того, что расходимость луча зависит от отношения поперечных размеров среды к продольным. Длина стержня определяется плотностью энергии воздействующего излучения, а значит — энерговыделением ядерного взрыва: необходимо, чтобы самый удаленный от заряда край стержня мог быть полностью ионизован (напомним, что после полной ионизации среда становится прозрачной для излучения). Для ядерного взрыва с энерговыделением около 30 килотонн, этим условиям удовлетворяют: диаметр стержня — около миллиметра и длина — около 10 м.

Хотели поначалу тем лазером, как шпажкой, одним махом поразить тучу целей: каждый из стержней наводить на свою цель, соорудив нечто вроде гигантского ежа (рис. 3.35), но потом, подсчитав, выбрали вариант поскромнее: образовали из них цилиндр, окружающий заряд, забыв о поражении многих целей одним взрывом. Но от взрыва с энерговыделением в 30 килотонн (2х10¹⁴ Дж), произведенного в 1981 г. в штате Невада жалкие 130 килоджоулей только и перепали острию той шпажки. Да размазывается и эта энергия с расстоянием: на каждые 10 м — на доли миллиметра увеличивается облучаемое пятно, так что и очень уж дальний выпад с той шпажкой пока что не сделаешь…

…И надсмехались по эту сторону идеологического фронта над жалкими потугами, разъясняли снисходительно: не может быть верных знаний там, где капитал простер свои грязные щупальца, потому как нет у них прочнейшего марксистско-ленинского, философского фундамента! И делились простой, как правда, пропорцией, озарившей полуночной зарницей мозг: «Если несколько килограммов взрывчатки в кумулятивном заряде пробивают метр брони, то 10 килотонн — они ж на 10 тысяч километров брызнут неумолимой струей! И можно, бабахнув где-то в шахте, что вырыли там, где не ступала нога человека, струей, прошедшей аж сквозь всю голубую планету, преобразовать в слякоть говномерзавца, покусившегося на то, что нам свято. И далее, ласково улыбнувшись и приложив ладошку к кепочному козыречку: «Верной, единственно верной дорогой идите, товарищи!».

И действительно: коль существуют вещества, в различной степени пропускающие мягкое рентгеновское излучение — основной носитель энергии ядерного взрыва — можно изменить изотропное распределение поля этого излучения, а значит, добиться, чтобы где-то плотность энергии была бы выше.

…Однажды автору на глаза попалась диссертация, посвященная строительству. Основная мысль автора состояла в том, что движение больших масс людей описывается уравнениям гидродинамики и это позволяет рассчитывать пропускные способности эскалаторов, проходов и прочего. Но этим же законам подчиняется и движение вещества при взрывах, причем результат будет справедлив для явления любого масштаба, поскольку во всех таких случаях течения вещества автомодельны (подобны) и их можно охарактеризовать относительными параметрами. Например, решая задачу о той же имплозии, можно текущие значения давления и радиуса задавать в виде отношений к соответствующим значениям в начале процесса и решение будет описывать как заряд радиусом в дециметр, так и в километр. Так что, если поверить автору той диссертации, и найти несколько десятков тысяч (а лучше — сотню тысяч) друзей, можно ставить изумительные по наглядности опыты, наблюдая за ними с крыши высотки. Надо только объяснить, куда одним надо бежать, толкая друг друга (это — обязательно), услышав вой сирены, возвещающей начало эксперимента, а другим — указать места, где им стоять.

Можно будет изучать даже перемешивание «вещества», при турбулентном течении, порекомендовав различным слоям «общества» надеть разноцветные хламиды. Такой эксперимент будет первым явлением миру новой разновидности метода аналогий, поскольку автору книги такая идея в голову хоть и пришла, но за помощью в ее реализации к начальству он не обратился, опасаясь ответного обильного слюноизвержения, а возможно даже — укуса в припадке неконтролируемой истерики…

Полагаю все же, что большинство читателей этой книги — не звезды шоу-бизнеса, вялое беканье которых моментально соберет требуемое количество готовых на все поклонников. Опять же, если бы читатель располагал хотя бы несколькими граммами ВВ (желательно — инициирующего), проинструктировать его об организации опыта можно было «на счет раз», как говорят пролетарии умственного и физического труда. Но вместо этого приходится посоветовать перечитать то, что в предшествующей главе написано об органах.

Поэтому внимательно рассмотрим снимок, (рис. 3.36), на котором запечатлена ударная волна, «выгоняемая» из ствола движущейся в нем пулей.

Пуля — идеальный поршень, она гонит воздух перед собой только вперед. Если бы мы нашли способ учинить подобное при ядерном взрыве — заставить двигаться всю нагретую радиационной диффузией плазму только в одном направлении — то немедля возник бы рядом некто неброский и сформулировал убедительно, подобно Саиду из «Белого солнца пустыни»: «Никому не говори! Не надо!» И то верно: так и шныряют вокруг агенты империалистических разведок, переодетые в эмиссаров неправительственных организаций, метают там и сям ложные каменюки — начиненных электроникой подколодных слухачей.

Но не мы дожили пока до такого невиданного счастья, чтоб все — и в одну сторону. Ну, хоть полюбуемся, как бы это выглядело.

Пуля вытесняет из ствола воздух только в одном направлении, но он нагрет, давление в нем выше, чем в воздухе окружающем, и, как имеют обыкновение делать все газы, «ствольный» воздух по выходе «на волю» начинает перетекать в области с более низким, чем в нем, давлением. Из-за растекания (это — не что иное, как все та же «разгрузка»), на теневом снимке видно некое подобие усеченного конуса с выпуклым дном; он состоит из турбулентного газа: высота его пропорциональна поступательной скорости газа, а основание — скорости его растекания в радиальных направлениях. А вот форма ударной волны, сформированной газовым потоком… даже на небольшом расстоянии от ствола весьма напоминает сферическую. Диаметр отверстия, из которого истекает воздух — характерный размер источника возмущения — можно оценить: это размер линии пересечения газового конуса с дульным срезом ствола. Сколько характерных размеров источника возмущения уложится на расстоянии, пройдя которое волна уже мало отличается от сферической? Десяток? Меньше сотни — заведомо!

Ну, а теперь вернемся к рис. 3.28 и прикинем, каков характерный размер боевого блока. Пусть — метр (на самом деле — меньше: всякие там головные зазоры — не в счет). Значит, на выигрыш в плотности энергии ударной волны можно рассчитывать на дистанциях менее сотни метров от подорванного боевого блока. Но в пределах этого радиуса такой боевой блок и без всякой кумуляции гарантированно уничтожит шахту, в которой базируется межконтинентальная баллистическая ракета противника, а много ли существует более стойких к ударной волне целей? На еще больших расстояниях от взрыва источник возмущения будет и вовсе ничтожной, незаметной точкой, «растаскивание» энергии сведет на нет начальную анизотропию поля поражения, сделав невозможной кумуляцию.

Напротив, концентрация энергии в обычной взрывчатке гораздо ближе к значениям, требуемым для поражения целей. Поэтому-то и ее кумуляция эффективна: все происходит на расстояниях, сравнимых с размерами заряда. Усиливает эффект и металлическая облицовка, а вот для ядерной кумуляции она — не помощник: вблизи заряда металл превратится в плазму, а, рекомбинировав — в тот же газ (пар), хотя поначалу и плотный.

…Так что не прославилось ядерное оружие, воплотившись в тучи боеприпасов направленного поражения, не стяжало лавры «снарядов с выемками». Но и не полетели туда-сюда ядерные заряды после Хиросимы и Нагасаки. А потому — стремно стало высокопоставленным подпирать такими аргументами свою заботу о «государственных интересах»…

Примечания:

1

Сера тоже является горючим, но — неэффективным. Необходима она для облегчения воспламенения: на начальной стадии происходит ее плавление и за счет жидкой фазы улучшается контакт частиц селитры и угля. Когда выделившегося тепла становится достаточно, выделение кислорода трудно отдающей его селитрой возможно и без серы

2

Крымская война 1854–1856 гг. была вызвана попытками России отобрать у переживавшей не лучшие времена Турции («больного человека Европы», как ее тогда называли) контроль над Черноморскими проливами. Поводом для начала войны послужил инцидент в Вифлееме (тогда — турецком), где были убиты несколько православных монахов. Русский флот быстро уничтожил турецкий, но превращение России в Средиземноморскую державу не устраивало Англию и Францию, которые выступили на стороне Турции. В этой проигранной Россией войне были и яркие эпизоды, такие, как оборона Севастополя, в которой принимал участие молодой артиллерийский офицер Лев Толстой

3

Горение конденсированного вещества — химическая реакция, связанная с переходом вещества в газообразное состояние. При этом выделяется тепло и газообразные продукты догорают в гак называемой зоне горения, расположенной вблизи поверхности. Скорость горения определяется процессами диффузии и теплопроводности

15

Институт имени кайзера Вильгельма II в пригороде Берлина — Далеме, известный своими исследованиями в области ядерной физики

16

Вода является хорошим замедлителем нейтронов, поскольку содержит много ядер водорода, близких ней громам по массе

17

Ошибка или неточность перевода. «Сфера» — геометрическое место точек пространства, равноудаленных от центра, то есть — поверхность. Правильно — «шар» или «шаровой слой»

18

Где бы вы не находились, такие нейтроны присутствуют рядом с вами. Их приносит излучение из космоса, они образуются в результате ядерных реакций в содержащихся в земле минералах. К счастью, «фоновых» нейтронов не так уж много

19

Плутоний очень ядовит. Контакта человека с плутонием стараются избежать, никелируя детали из этого вещества. Попадание в организм бериллия тоже пользы не принесет

20

В том, что «новое — это хорошо забытое старое» пришлось на личном опыте убедиться уже в 90-х годах, на заседании одной из комиссий, созданных для рассмотрения изобретения, связанного, правда, не с делением, а с применением так называемого «холодного синтеза», о котором тогда верещали газетные заголовки. Изобретатели обещали «стреляя из пулемета, поливать противника 100-мм снарядами». Признаки фальсификации были явными: в броневых плитах зияли отверстия (якобы — от «пуль холодного синтеза»), в которые можно было просунуть кулак. Заседание началось со скучных препирательств о пороговых и непороговых ядерных реакциях. Чиновная часть комиссии, от которой зависело многое, но мало что понимавшая, улавливала при этом только «научные» слова, употребляемые обеими сторонами. Пустая трата времени вызвала острый внутренний протест, в обеденный перерыв вынудивший съездить за книжкой Глесстона «Действие ядерного оружия». После перерыва пришлось попросить специалистов по ядерным реакциям отдохнуть и задать изобретателям вопросы, проверяя, правильно ли занесены в протокол ответы на них.

В: Вы утверждаете, что источником энергии у вас является синтез, неважно — «холодный» или «горячий»?

О: Да.

В: Согласны ли вы, что в каждом акте синтеза выделяется свободный нейтрон?

О: Да.

В: Верно ли, что энерговыделение при взрыве вашего устройства эквивалентно взрыву нескольких килограммов ВВ?

О: Да.

В: У меня в руках книга Глесстона, там приведены данные об энергии, выделяющейся в акте синтеза — 17 Мэв, что соответствует 2,7х10^-12 Дж, вы согласны?

О: Да.

В: А где лично вы находились при проведении опытов?

О: В блиндаже, метрах в десяти. А какое это имеет значение?

Имело это такое значение, что в каждом из опытов должно было выделиться по 10¹⁹-10²⁰ нейтронов: достаточно было поделить заявленное значение энерговыделения в опыте на энерговыделение в одном акте синтеза, чтобы в том убедиться. В десяти метрах от смертельной дозы нейтронов не мог спасти ни один блиндаж.

Все стали мусолить книжку, раздалось неуверенное беканье изобретателей, что может, у них и «не выделялись нейтроны», на что последовал заготовленный ответ: «Тогда вам надо не размениваться на прикладные мелочи, а сначала заявить об открытии совершенно нового класса ядерных реакций».

Механические поражения в результате взрывных эффектов ядерных реакций начинают превалировать над радиационными, если энерговыделение в сборке превысит несколько тераджоулей (что соответствует примерно килотонне тротилового эквивалента). Если бы даже «атомные пули» и были созданы, то такое мини-оружие по всем меркам было бы ядерным и после его применения остались бы неоспоримые улики: продукты реакций и наведенная радиоактивность, а это дало бы противнику право ответить на «пулеметные» экзерциции полноценным ядерным ударом

21

Персонаж романа М. Булгакова «Мастер и Маргарита»

22

Попытайтесь представить, как хорошо можно «загореть» под светом, приобретшим плотность алюминия

23

«Железный ветер в лицо» ощущают только политработники, строчащие книги с такими названиями, а регистрируют скоростной напор и турбулентные «завихрения» стали специальные датчики

24

В приводимом примере число делений в десятки триллионов раз больше, чем в трагическом эксперименте доктора Слотина, а выделение энергии эквивалентно взрыву сотни килотонн тротила

25

В газодинамической фазе взрыва образование ударной волны происходит вследствие двух причин: при мощном взрыве ее формирует расширяющаяся плазма нагретого радиационной диффузией воздуха; при взрыве малой мощности — то же делает «плазменный пузырь» из вещества, бывшего до взрыва зарядом (рис. 3.12); понятно, что возможен и промежуточный случай, когда эффективны оба механизма

26

Рекомбинация — «воссоединение» носителей зарядов разных знаков — процесс, обратный ионизации

27

Лишившись важнейшей роли в военном применении, полоний — 210 в начале XXI 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 50-х годов

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)

29

Это явление называют «наведенной радиоактивностью»

30

В советских морских ракетах, например в Р-29, капсулу размещали в корпусе, чтобы уменьшить и без того немалую длину «изделия»

31

В 1960-х Главный конструктор Н. Л. Духов распорядился уничтожить исторически ценную документацию на «ствольную» схему. Позже на такие простейшие заряды позарились в тех странах, где это было «очень нужно», например — в Южно-африканской республике, чувствовавшей себя неуютно рядом с соседями, фигурировавшими вдоль ее границ (а чаше — в их пределах) с ППШ и автоматами Калашникова. Ну, а еще позже ствольные схемы были реализованы для «проникающих» зарядов: перегрузки при внедрении столь велики, что сложные имплозивные конструкции и электроника их не выдерживают

32

Напалм — горючее (бензин, авиационный керосин), загущенное солями жирных кислот, преимущественно нафтеновых и пальмитиновых, откуда и название: «На-Палм». Впервые применено во Второй мировой войне американскими войсками против японцев, оборонявшихся в многочисленных пещерах на островах Тихого океана. Смесь кислот — сыпучий порошок, она вполне безопасна. Будучи разбавлена топливом, смесь приобретает консистенцию студня, и, когда этот «студень» воспламеняется, жар вокруг очень силен. Горящий напалм становится жидким, затекает в щели. Его «звездным часом» стала война в Корее, (1950–1953 гг.), где самолеты тактической авиации США штурмовали зажигательными баками густые цепи китайских «народных добровольцев», которые наступали, не считаясь с потерями от артиллерийского и пулеметного огня. Позже, во Вьетнаме, в напалм стали добавлять капсулированные шарики белого фосфора. Такую смесь нельзя было погасить — она самовоспламенялась, а ожоговые травмы от нее, из-за присутствия фосфора стали еще кошмарнее

33

Эффекты, производимые излучениями разных видов в тех или иных веществах отличаются, поэтому различны и единицы, в которых измеряются дозы облучения. Рад — чисто «энергетическая» единица, соответствующая поглощению одним килограммом вещества энергии в 0,01 Дж. Более известная единица — Рентген — определяется ионизационным эффектом гамма квантов в воздухе: при такой дозе в килограмме воздуха образуется заряд в 2,58х10^-4 Кулон. Бэр (биологический эквивалент рентгена) — доза любого вида излучения, производящее такое же действие в биологическом объекте, как 1 рентген. Перевести одну единицу в другую, не зная характеристик вещества и излучения нельзя. Так, например, ионизационный эффект облучения нейтронами может быть не прямым, а обусловленным продуктами их реакций, то есть — определяться изотопным составом облучаемого вещества. Отличается этот эффект и для нейтронов разных энергий

34

Название проекта разработки оружия направленной энергии в «Стратегической оборонной инициативе» — любимом детище одного президента, в прошлом — актера