Александр Прищепенко - Шелест гранаты

• Название: Шелест гранаты
• Автор: Александр Прищепенко
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2009

Эта книга об оружии, но не только — она открывает причудливую мозаику явлений физического мира: химические и ядерные взрывы, разделение изотопов и магнитная гидродинамика, кинетика ионов в плотных газах и ударные волны в твердых телах, физика нейтронов и электроника больших токов, магнитная кумуляция и электродинамика. Обо всем этом автор рассказывает, не прибегая к сложному аппарату высшей математики. Для тех, кто пожелает ознакомиться с этими явлениями подробно, им же написано рассчитанное на подготовленного читателя учебное пособие для университетов и военных академий «Взрывы и волны». В книге, которую держит в руках читатель, он найдет также исторические экскурсы, пронизанные иронией рассуждения о политике и политиках, а также — о персонажах замкнутого мира военной науки.

---

Вероятно, целью опыта являлось выяснение, безопасно ли монтировать сборку в заряд, окружая притом замедляющим нейтроны бериллием. Пошли на жутковатый эксперимент потому, что и в те времена, и сейчас очень многое, из того, что необходимо для реализации новых идей, не 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).

…В НИИ авиационной автоматики (НИИАА, позднее — ВНИИА) я 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 во многих случаях уступает по значению другим свойствам. 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. 2.4, слева), содержащей плутоний, искусственно увеличивали, выполняя ее в форме шарового слоя (полой внутри) и заведомо подкритичной, даже — и для тепловых нейтронов, даже — и после окружения ее замедлителем. 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 служит 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.

Рис. 2.4. Схема ядерного боевого блока Рис. 2.5. Элемент детонационной разводки

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. 2.5, 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. 2.6).

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 P, ключом, позиция N, с моментом M». 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.

…Во исполнение поступившего с самого «верха» приказа, в нужный момент одновременно срабатывали от мощного импульса высокого напряжения все детонаторы. Огоньки детонации с постоянной скоростью (около 8 км/с) разбегались по канавкам, а пройдя их — ныряли в отверстия и одновременно во множестве точек подрывали заряд. Далее следовал направленный внутрь взрыв, который сдавливал сборку давлением более миллиона атмосфер (кажется, что много, но для «авиационной автоматики» — не очень). Поверхность сборки уменьшалась, а плотность — увеличивалась, причем очень быстро — за микросекунды сжимаемая сборка «проскакивала» критическое состояние на тепловых нейтронах и становилась существенно сверхкритичной на нейтронах быстрых. В ней через период, определяемый ничтожным временем незначительного замедления быстрых нейтронов, каждый из нового, более многочисленного их поколения добавлял 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 была столь мизерной, что никому и в голову не приходило учитывать ее при расчетах динамики взрыва. Единственное, что не давало разлететься сборке — инерция: чтобы расширить плутониевый шар за десяток наносекунд всего на сантиметр, требовалось придать веществу ускорение в десятки триллионов раз превышающее ускорения земного притяжения, а такое вовсе непросто. В конце концов, вещество все же разлеталось, прекращалось деление, но не интересные события: энергия перераспределялась между тяжелыми, ионизованными осколками разделившихся ядер, другими испущенными при делении заряженными частицами, а также электрически нейтральными гамма квантами и нейтронами. Энергия продуктов реакций была порядка десятков и даже сотен МэВ, но только гамма кванты больших энергий и нейтроны имели шансы избежать взаимодействия с веществом, из которого была сделана сборка и покинуть место, где начинал зарождаться огненный шар ядерного взрыва.