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.

---

Заряженные же частицы быстро теряли энергию в актах столкновений и ионизации. При этом испускалось 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[21] — все то, что мгновение назад было зарядом — приходила в некое подобие равновесия. В совсем «молодом» огненном шаре устанавливалась температура порядка десятков миллионов градусов. Если шар захватывал сталь, в ней (именно в ней, а не вокруг нее) поднимался ветер[22].

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

Шар пожирал пространство, а ионизованный воздух за его фронтом почти не двигался: передать ему значительный импульс при диффузии излучение не могло. Но оно накачивало в этот воздух огромную энергию[23], нагревая его и, когда энергия излучения иссякала, шар начинал расти за счет расширения горячей плазмы из воздуха. К тому же, изнутри шар распирало то, что раньше было зарядом. Полностью ионизованный воздух прозрачен и на фотографиях это можно увидеть (рис. 2.7а). Расширяясь, подобно надуваемому пузырю, плазменная оболочка истончалась. В отличие от пузыря, ее, конечно, ничто не «надувало»: с внутренней стороны почти не оставалось вещества, все оно летело от центра по инерции, но через 30 микросекунд после взрыва скорость этого полета была более сотни километров в секунду, а гидродинамическое давление в веществе — более 150 тысяч атмосфер! Чересчур уж тонкой стать оболочке было не суждено, она лопалась, образуя «волдыри» (рис. 2.76). Кстати, если все происходило на небольшой высоте, то это был уже не шар, что видно из фотографий. Там, где вещество заряда ударяло в грунт, давление и температура умножались по сравнению с теми, что были на «свободном» фронте. Так и было задумано: большинство целей «авиационной автоматики» (хотя и не все) находится на земле.

Рис. 2.7а Рис. 2.7б Рис. 2.7в Рис. 2.7. фотографии ранних стадий развития огненного шара низковысотного ядерного взрыва.

Процесс захватывал новые слои воздуха, энергии на то, чтобы «ободрать» все электроны с атомов уже не хватало, уменьшалась прозрачность фронта. Иссякала энергия ионизованного слоя и обрывков плазменного пузыря, они уже не в силах были двигать перед собой огромную массу и заметно замедлялись. Но то, что до взрыва было воздухом, двигалось по инерции, оторвавшись от шара, вбирая в себя все новые слои воздуха холодного — начиналось образование ударной волны.

При отрыве ударной волны от огненного шара менялись характеристики излучающего слоя и резко возрастало излучение в оптической части спектра (рис. 2.7в, так называемый «первый максимум»). При дальнейшем движении волны происходила сложная конкуренция процессов высвечивания и изменения прозрачности окружающего воздуха, приводившая к реализации и второго максимума, менее мощного, но значительно более длительного — настолько, что выход световой энергии был больше, чем в первом максимуме.

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

Наконец, ударная волна уходила далеко от точки взрыва, где оставалось 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[24], и того, что в свой страшный час оказалось близко к месту, от которого следовало бы держаться как можно дальше. Облако начинало подниматься вверх. Оно остывало, меняя свой цвет, «надевало» белую шапку конденсировавшейся влаги, за ним тянулась пыль с поверхности земли, образуя «ножку» того, что, пишущая братия называла «атомным грибом» (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Поздняя стадия ядерного взрыва: ударная волна ушла далеко от центра, а облако, состоящее из рекомбинировавшего и конденсировавшегося вещества заряда и того, что находилось рядом с ним, поднимается в верхние слои атмосферы

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 тот, кто получит результат, далекий от тех десятков и сотен килотонн тротилового эквивалента, о которых он читал в газетах и, издевательски улыбаясь, потребует объяснений. Далее возможен такой диалог:

— А со скольких нейтронов, по вашим расчетам, начинается цепная реакция?

— С одного.

— Посмотрим, что получится, если реакция в сборке начнется с миллионов нейтронов.

— У вас про миллионы не написано.

— А покажите, где у меня написано, что он — один?

Вообще-то ситуация, которую описал своим расчетом Настырный, возможна: если не сработает или сработает не вовремя источник нейтронов, 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 «впрыснуть» много нейтронов. 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[25] полоний — уж очень «скоропортящийся»: всего за 138 суток снижает свою активность вдвое. Поэтому на смену изотопным пришли менее опасные (не излучающие в подключенном 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. 2.9). 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 того служит ионный источник. На его анод 3 подастся «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 (п) и альфа-частицы:

D + Т → Не4 + n + 17,6 МэВ

Рис. 2.9. Схема питания нейтронной трубки

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, го 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 (об этом — позже) 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.