Варіанти детонації

Існують дві основні схеми підриву заряду, що ділиться: гарматна, інакше називана балістичною, і імплозивна.

Гарматна схема

Верхній блок показує принцип роботи гарматної схеми. Друг і третій показують можливість передчасного розвитку ланцюгової реакції до повного з'єднання блоків.

«Гарматна схема» використовувалася в деяких моделях ядерної зброї першого покоління. Суть гарматної схеми полягає у вистрілюванні зарядом пороху одного блоку речовини, що ділиться, докритичної маси («куля») в іншій - нерухомий («мішень»). Блоки розраховані так, що при з'єднанні їхня загальна маса стає надкритичною.

Даний спосіб детонації можливий тільки в уранових боєприпасах, тому що плутоній має на два порядки вищий нейтронний фон, що різко підвищує ймовірність передчасного розвитку ланцюгової реакції до з'єднання блоків. Це приводить до неповного виходу енергії (fizzle або «пшик»). Для реалізації гарматної схеми в плутонієвих боєприпасах потрібне збільшення швидкості з'єднання частин заряду до технічно недосяжного рівня. Крім того, уран краще, ніж плутоній, витримує механічні перевантаження.

Схема внутрішньої будови боєприпасів L-11 «Little Boy» (Малюк)

Класичним прикладом такої схеми є бомба «Малюк» («Little Boy»), скинута на Хіросіму 6 серпня 1945 м. Уран для її виготовлення був добутий в Бельгійському Конго (нині Демократична Республіка Конго), в Канаді (Велике Ведмеже озеро) і в США (штат Колорадо). У бомбі «Little Boy» для цієї мети використався вкорочений до 1,8 м ствол морської гармати калібру 16,4 см, при цьому уранова «мішень» являла собою циліндр діаметром 100 мм, на який при «пострілі» насувалася циліндрична «куля» надкритичної маси (38,5 кг) з відповідним внутрішнім каналом. Такий «інтуїтивно незрозумілий» дизайн був зроблений для зниження нейтронного фону мішені: у ньому вона перебувала не впритул, а на відстані 59 мм від нейтронного відбивача («тампера»). У результаті ризик передчасного початку ланцюгової реакції ділення з неповним енерговиділенням знижувався до декількох відсотків.

Імплозивна схема

Ця схема детонації передбачає одержання надкритичного стану шляхом обтиснення матеріалу, що ділиться, зфокусованою ударною хвилею, створюваною вибухом хімічної вибухівки. Для фокусування ударної хвилі використовуються так звані вибухові лінзи, і підрив відбувається одночасно в багатьох точках із прецизійною точністю. Створення подібної системи розташування вибухівки й підриву було у свій час однієї з найбільш важких завдань. Формування збіжної ударної хвилі забезпечувалося використанням вибухових лінз з «швидкої» й «повільної» вибухівок — ТАТВ (Триамінотринітробензол) і баратолу (суміш тринітротолуолу з нітратом барію), і деякими добавками) (див. анімацію).

Принцип дії імплозивної схеми підриву — по периметрі речовини, що ділиться, вибухають заряди конвенціональної ВР, які створюють вибухову хвилю, яка «стискє» речовину в центрі й ініціює ланцюгову реакцію.

За такою схемою був виконаний і перший ядерний заряд (ядерний пристрій «Gadget» (англ. gadget — пристосування), висаджений (взірваний) на вежі в іспитових цілях у ході випробувань із виразною назвою «Trinity» («Трійця») 16 липня 1945 року на полігоні неподалік від містечка Аламогордо у штаті Нью-Мексико), і друга із застосованих по призначенню атомних бомб — «Товстун» («Fat Man»), скинута на Нагасакі. Фактично, «Gadget» був позбавленим зовнішньої оболонки прототипом бомби «Товстун». У цій першій атомній бомбі як нейтронний ініціатор був використаний так званий «їжачок» (англ. urchin). (Технічні подробиці див. у статті «Товстун».) Згодом ця схема була визнана малоефективною, і некерований тип нейтронного ініціювання майже не застосовувався надалі.

У ядерних зарядах на основі реакції ділення в центрі порожнистої зборки звичайно розміщається невелика кількість термоядерного палива (дейтерій й тритій), що нагрівається й стискується в процесі ділення зборки до такого стану, що в ньому починається термоядерна реакція синтезу. Цю газову суміш необхідно безупинно обновляти, щоб компенсувати мимовільний безупинний розпад ядер тритію. Випромінювані при цьому додаткові нейтрони ініціюють нові ланцюгові реакції в зборці й компенсують убуток нейтронів, що залишають активну зону, що приводить до багаторазового росту енергетичного виходу від вибуху й ефективнішому використанню речовини, що ділиться. Варіюючи вміст газової суміші в заряді одержують боєприпаси з регульованою в широких межах потужністю вибуху.

Слід зазначити, що описана схема сферичної імплозії є архаїчною й із середини 1950-х років майже не застосовується. Реально застосовуваний дизайн Swan (англ. swan — лебідь), побудований на використанні еліпсоїдальної зборки, що ділиться, яка у процесі двухточкової, тобто ініційованої у двох точках імплозії стискується в поздовжньому напрямку й перетворюється в надкритичну сферу. Як такі, вибухові лінзи при цьому не використаються. Деталі цього дизайну дотепер засекречені, але, приблизно, формування збіжної ударної хвилі здійснюється за рахунок еліпсоїдальної форми імплозованого заряду, так що між ним і розміщеною усередині ядерною зборкою залишається заповнений повітрям простір. Тоді рівномірне обтиснення зборки здійснюється за рахунок того, що швидкість детонації вибухівки перевищує швидкість руху ударної хвилі в повітрі. Істотно легший тампер виконується не з урану-238, а з берилію, який добре відбиває нейтрони. Можна припустити, що незвичайна назва даного дизайну — «Лебідь» (перше випробування — Inca в 1956 р.) було підказано образом лебедя, що змахнув крильми, що почасти асоціюється із фронтом ударної хвилі, що плавно охоплює із двох сторін зборку. У такий спосіб виявилося можливим відмовитися від сферичної імплозії й, тим самим, зменшити діаметр імплозивних ядерних боєприпасів з 2 м у бомби «Товстун» до 30 см і менше. Для самоліквідації таких боєприпасів без ядерного вибуху ініціюється тільки один із двох детонаторів, і плутонієвий заряд руйнується несиметричним вибухом без будь-якого ризику його імплозії.

Потужність ядерного заряду, що працює винятково на принципі ділення важких елементів, обмежується десятками кілотонн. Енерговихід (англ. yield) однофазних боєприпасів, посиленого термоядерним зарядом усередині зборки, що ділиться, може досягати сотень кілотонн. Створити однофазний пристрій мегатонного класу практично неможливо, збільшення маси речовини, що ділиться, не вирішує проблему. Справа в тому, що енергія, що виділяється в результаті ланцюгової реакції, роздмухує зборку зі швидкістю порядку 1000 км/с, тому вона швидко стає докритичною і більша частина речовини, що ділиться, не встигає прореагувати. Наприклад, у скинутій на місто Нагасакі бомбі «Товстун» встигло прореагувати не більше 20 % з 6,2 кг заряди плутонію, а в бомбі, що знищила Хіросіму, «[ [Малюк (бомба) | Малюк] ]» з гарматною зборкою розпалося тільки 1, 4 % з 64 кг збагаченого приблизно до 80 % урану. Найпотужніший в історії однофазний (британський) боєприпас, висаджений (взірваний) у ході випробувань Orange Herald в 1957 г., досяг потужності 720 кт.

Двофазні боєприпаси дозволяють підвищити потужність ядерних вибухів до десятків мегатонн. Однак ракети з боєголовками, що розділяються, висока точність сучасних засобів доставки й супутникова розвідка зробили пристрої мегатонного класу практично непотрібними. Тим більше, що носії надпотужних боєприпасів уразливіші для систем ПРО й ППО.

Дизайн Теллера-Улама для двофазних боєприпасів («термоядерна бомба»).

У двофазному пристрої перша стадія фізичного процесу (primary) використається для запуску другої стадії (secondary), у ході якої виділяється найбільша частина енергії. Таку схему прийнято називати дизайном Теллера-Улама.

Енергія від детонації primary передається через спеціальний канал (interstage) у процесі радіаційної дифузії квантів рентгенівського випромінювання й забезпечує детонацію secondary за допомогою радіаційної імплозії тампера/пушера, усередині якого перебуває дейтерид літію-6 і запальний плутонієвий стрижень. Останній також служить додатковим джерелом енергії разом з пушером й/або тампером з урану-235 або урану-238, причому спільно вони можуть давати до 85 % від загального енерговиходу ядерного вибуху. При цьому термоядерний синтез служить у більшій мірі джерелом нейтронів для ділення ядер. Під дією нейтронів ділення на ядра Li у складі дейтерида літію утвориться тритій, що відразу вступає в реакцію термоядерного синтезу з дейтерієм.

У першому двофазному експериментальному пристрої Ivy Mike (10,5 Мт у випробуванні 1952 р.) замість дейтерида літію використовувався зріджений дейтерій і тритій, але надалі вкрай дорогий чистий тритій безпосередньо в термоядерній реакції другої стадії не застосовувався. Цікаво відзначити, що тільки термоядерний синтез забезпечив 97 % основного енерговиходуа експериментальної радянської «Цар-бомби» (вона ж «Кузькіна мати»), висадженої в 1961 р. з абсолютно рекордним виходом енергії близько 58 Мт. Найбільш ефективним по відношенню потужність/вага двофазними боєприпасами став американський «монстр» Mark 41 з потужністю 25 Мт, що випускався серійно для розгортання на бомбардувальниках B-47, B-52 й у варіанті моноблока для МБР Титан-2. Тампер цієї бомби виконаний з урану-238, тому вона ніколи не випробовувалася в повному масштабі. При заміні тампера на свинцевий потужність даного пристрою знижувалася до 3 Мт.

«Економічний» дизайн Swan для імплозії ядерних боєприпасів.

Припускається така схема двофазної боєголовки W88, розгорнутої на БРПЛ Трайдент в 90-х. Дизайн Теллера-Улама. Потужність вибуху 475 Кт.

Засоби доставки

Запуск БРПЛ «Трайдент II» з підводного положення. Ракета може бути оснащена 8 боєголовками W88

Бойовий залізничний ракетний комплекс БЖРК 15П961 «Молодець» c міжконтинентальною ракетою з ядерною боєголовкою. Знято з озброєння в 90-х роках.

Засобами доставки ядерних боєприпасів до цілі може бути практично будь-яке важке озброєння. Зокрема, тактична ядерна зброя з 1950-х існує у формі артилерійських снарядів і мін — боєприпасів для ядерної артилерії. Носіями ядерної зброї можуть бути реактивні снаряди РСЗВ, але поки ядерних снарядів для РСЗО не існує^[1]. Однак, габарити багатьох сучасних ракет РСЗВ дозволяють розмістити в них ядерний заряд, аналогічний застосовуваному ствольною артилерією, у той час як деякі РСЗВ, наприклад російський «Смерч», по дальності практично зрівнялися з тактичними ракетами, інші ж (наприклад, американська система MLRS) здатні запускати зі своїх установок тактичні ракети. Тактичні ракети й ракети більшої дальності є носіями ядерної зброї. У Договорах по обмеженню озброєнь як засоби доставки ядерної зброї розглядаються балістичні ракети, крилаті ракети й літаки. Історично літаки були першими засобами доставки ядерної зброї, і саме за допомогою літаків було виконане єдине в історії бойове ядерне бомбометання:

1. На японське місто Хіросіма 6 серпня 1945 року. В 08:15 місцевого часу літак B-29 «Enola Gay» під командуванням полковника Пола Тібетса, перебуваючи на висоті понад 9 км, зробив скидання атомної бомби «Маля» («Little Boy») на центр Хіросіми. Детонатор був установлений на висоту 600 метрів над поверхнею; вибух, еквівалентом від 13 до 18 кілотонн тротилу, відбувся через 45 секунд після скидання.
2. На японське місто Нагасакі 9 серпня 1945 року. В 10:56 літак В-29 «Bockscar» під командуванням пілота Чарльза Суіні прибув до Нагасакі. Вибух відбувся в 11:02 місцевого часу на висоті близько 500 метрів. Потужність вибуху склала 21 кілотонну.

Розвиток систем ППО й ракетної зброї висунуло на перший план саме ракети.

Договір СНО-1^[2] поділяв всі балістичні ракети по дальності на:

• Міжконтинентальні (МБР) з дальністю більше 5500 км;
• Ракети середньої дальності (від 1000 до 5500 км);
• Ракети меншої дальності (менше 1000 км).

Договір РСМД^[3], ліквідуючи ракети середньої й меншої (від 500 до 1000 км) дальності, взагалі виключив з регулювання ракети з дальністю до 500 км. У цей клас потрапили всі тактичні ракети, і в даний момент такі засоби доставки активно розвиваються.

І балістичні, і крилаті ракети можуть бути розміщені на підводних човнах, звичайно атомних. У цьому випадку субмарина називається, відповідно ПЧАРБ й ПЧАРК. Крім того, на багатоцільових підводних човнах можуть розміщатися ядерні торпеди. Ядерні торпеди можуть використатися як для атаки морських цілей, так й узбережжя супротивника. Так, академіком Сахаровим був запропонований проект торпеди Т-15 із зарядом ~100 мегатонн.

Крім ядерних зарядів, що доставляють технічними носіями, існують ранцеві боєприпаси невеликої потужності, переносяться людиною, і призначені для використання диверсійними групами.

По призначенню засобу доставки ядерної зброї діляться на:

• тактичні, призначені для ураження живої сили й бойової техніки супротивника на фронті й у найближчих тилах. До тактичної ядерної зброї звичайно відносять і засоби ураження морських, повітряних, і космічних цілей;
• оперативно-тактичні — для знищення об'єктів супротивника в межах оперативної глибини;
• стратегічні — для знищення адміністративних, промислових центрів й інших стратегічних цілей у глибокому тилу супротивника.

Історія

Докладніше: Історія ядерної зброї

Поиск по сайту: