Александр Прищепенко - Огонь! Об оружии и боеприпасах

• Название: Огонь! Об оружии и боеприпасах
• Автор: Александр Прищепенко
• Издательство: Моркнига
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-903080-62-5

В книге, написанной специалистом в области боеприпасов читатель найдет экскурсы в газовую динамику, физику деления ядер и разделения изотопов, электронику больших токов и напряжений, магнитную кумуляцию, электродинамику, и даже — и историю боевого применения различного оружия.

Издание обильно иллюстрировано: чтобы убедиться в этом, достаточно раскрыть его на любой странице и полистать. Среди иллюстраций много оригинальных, которые были получены автором при проведении опытов (некоторые, наиболее безопасные из них, он рекомендует провести и читателю). Если дать себе труд прочитать несколько абзацев, то можно убедиться и в том, что книга написана живым языком. Она рассчитана на тех, кто интересуется физикой — как получивших высшее образование в этой области, так и тех, кто знает предмет в пределах школьного курса.

---

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…

Рис. 3.35. Рентгеновский лазер с накачкой от ядерного взрыва. На верхнем рисунке — каждый из медных стержней наводится на свою цель. Нетрудно заметить, что любому из стержней достается лишь мизерная часть излучений, испускаемых ядерным взрывом. Когда стержни расположены по образующей, с ядерным зарядом, размещенным на оси (нижний рисунок), энергия ядерного взрыва используется рационально, но рентгеновское излучение сосредоточено только на одной цели. Кстати, даже и в этом случае пока удалось сформировать не слишком мощный (с энергией чуть более сотни джоулей) рентгеновский импульс. Активные элементы — медные стержни — очень длинные (10 м) и тонкие, поэтому на рисунках изображены не в масштабе

…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…