Навигация:
Нейтронная трубка
Новая автоматика подрыва с внешним нейтронным источником
Унифицированная автоматика подрыва для различных типов боеприпасов
Новая система подрыва
Контрольно-измерительные стенды
Исследование динамической сжимаемости делящихся веществ
Теперь я хочу остановиться на одной из работ по созданию новой системы автоматики подрыва, выполненной в течение 1950-1954 гг., которая легла в дальнейшем в основу развития нового научно-технического направления. Это была моя последняя работа на Саровской земле, так как дальнейшее развитие исследований в этом направлении и разработки конкретных конструкций происходили во вновь созданном филиале КБ-11, в котором я начал работать в 1955 г. и продолжаю трудиться до настоящего времени. Как известно, взрыв атомного заряда производится специальной автоматикой, в которой одним из наиболее важных узлов является нейтронный источник. Такие источники располагались внутри атомного заряда и обладали рядом существенных конструктивных и эксплуатационных недостатков. Расположение источников внутри заряда создавало значительные трудности при разработке новых, более эффективных зарядов.
В ноябре 1948 г. Я.Б.Зельдович и В.А.Цукерман предложили использовать для получения нейтронов ускоритель ионов дейтерия или трития, расположенный вне заряда. Возможность создания такого внешнего источника нейтронов многократно обсуждалась в течение 1948-1949 гг. с привлечением специалистов по ускорительной и высоковольтной технике. В частности, к разработке амперного дейтонного источника были привлечены специалисты радиотехнической лаборатории АН СССР. Вскоре стало ясно, что создавать внешний нейтронный источник приемлемых габаритов и веса, используя существующие в то время высоковольтные элементы и технологии, не представляется возможным и реальным.
Несмотря на пессимистические прогнозы, главный конструктор Ю.Б.Харитон, заручившись поддержкой И.В.Курчатова, поставил перед В.А.Цукерманом и его лабораторией задачу начать в 1950 г. исследования возможности разработки внешнего нейтронного источника и создать для этих целей специальную группу. Возглавить эту группу поручили мне. Вначале в нее вошли сотрудники лаборатории, учавствовавшие вместе со мною в исследованиях электропроводности продуктов взрыва и схем многоточечного инициирования. Это были М.С.Тарасов, П.М.Точеловский и К.И.Алимкина. Начали мы работу с создания высоковольтных источников, вакуумных установок, методик измерений и измерительной аппаратуры. Исследования велись быстро, и уже к середине 1950 г. были получены большие дейтонные токи и разработана разборная нейтронная трубка.
Через год, весной 1951 г., была изготовлена первая нейтронная трубка. В работе учавствовали новые сотрудники — молодые специалисты А.И.Белоносов, Е.А.Сбитнев, Д.М.Чистов, А.П.Зыков. Настало время определяться с внешним нейтронным источником и всей новой автоматикой подрыва для авиабомбы. Были сформулированы технические задания на узлы и элементы этой автоматики, найден новый принцип построения управляемого коммутирующего элемента, пригодного для использования в новой автоматике подрыва. В 1952 г. был изготовлен экспериментальный образец автоматики подрыва атомного заряда и проведены его всесторонние испытания и исследования, закончившиеся наземным опытом с подрывом имитатора заряда.
В сентябре-октябре 1954 г. новая автоматика подрыва прошла летные испытания в составе макетов атомной бомбы со сбросами 63 с самолета, в октябре 1954 г. — успешные полигонные испытания в составе двух типов атомных бомб на Семипалатинском полигоне. Однако полное признание новая автоматика получила во время летних и осенних испытаний на Семипалатинском полигоне, в 1955 г. Летом проводились сравнительные испытания одного из атомных зарядов, подрыв которого осуществлялся в первом случае автоматикой с внутренним нейтронным источником, а во втором — автоматикой с внешним нейтронным источником.
Руководил испытаниями П.М.Зернов, который подробно ознакомился с автоматикой подрыва и контрольной аппаратурой. При проведении контрольных циклов он наблюдал на экранах осциллографов развертки электрических и нейтронных импульсов. Затем он пригласил заместителя министра обороны маршала артиллерии М.И.Неделина и попросил повторить демонстрацию. При этом он давал пояснения, почему должна получиться большая мощность взрыва при применении автоматики с внешним нейтронным источником. Испытания показали,что мощность взрыва заряда с внешним нейтронным источником в несколько раз превысила мощность взрыва заряда с внутренним нейтронным источником. П.М.Зернов поверил в новую автоматику и в перспективу ее дальнейшего развития.
В 1957 г. нам удалось создать унифицированную автоматику подрыва для различных типов боеприпасов. К 1960 г. вес автоматики был уменьшен в 15 раз по сравнению с первоначальным, а к 1970 г. — в 50 раз. Продолжаются работы по дальнейшему совершенствованию и расширению функциональных возможностей автоматики подрыва и нейтронного инициирования. Все большую роль играет автоматика подрыва в обеспечении безопасности эксплуатации ядерного оружия.
Анализ имеющейся в нашем распоряжении информации по созданию ядерного оружия в США показывает, что начало работ по созданию внешнего нейтронного источника у нас и в США приходится примерно на одно и то же время. Однако практическое применение автоматики подрыва с внешним нейтронным источником у нас было осуществлено значительно раньше, чем в США.
В 1962 г. в нашем институте был разработан и изготовлен блок автоматики для подрыва безопасных ЭД, который успешно прошел испытания в составе бомбы на Новоземельском полигоне в декабре 1962 г. Несмотря на некоторые успехи, применение безопасного ЭД задерживалось. Основная причина этого заключалась в увеличении более чем в 10 раз веса и габаритов автоматики подрыва, что было недопустимо по причине весовых и габаритных ограничений в носителях ЯО, в особенности, в межконтинентальных баллистических ракетах и других перспективных носителях. Решить эту задачу удалось только к 1964 г. Пришлось создать совершенно новые элементы, емкостные накопители с существенно большей энергоемкостью, новые кабели, радиационно стойкие полупроводниковые приборы, нейтронную трубку и коммутирующие элементы.
Главная же задача состояла в создании конструкции подрывного контура с рекордно малой индуктивностью. В результате была разработана и изготовлена система подрыва и нейтронного инициирования с массой, как для обычных ЭД, выдерживающая большие механические нагрузки и воздействие поражающих факторов ядерного взрыва и способная синхронно подорвать необходимое количество ЭД. Таким образом, в 1964 г. был внесен существенный вклад в повышение безопасности ядерных зарядов и ЯБП и их стойкости.
Институт создает контрольно-измерительные стенды, используемые при разработке, испытаниях, производстве и эксплуатации ядерных боеприпасов. Эта аппаратура применяется всеми пользователями как унифицированная и обеспечивает контроль как разработанных, так и разрабатываемых боеприпасов. Создано четыре поколения контрольно-измерительных стендов. Последние два — автоматизированные с программным управлением. В настоящее время все заводы Минатома и войсковые части МО оснащены автоматическими стендами, разработанными ВНИИ автоматики.
Исследование динамической сжимаемости делящихся веществ при больших давлениях и температуре, создаваемых сильными ударными волнами, имело решающее значение. К середине 1947 г. эти исследования начали разворачиваться в КБ-11. В мае вступили в строй лесные площадки с казематами для проведения взрывных экспериментов. В одном из казематов была смонтирована рентгеновская установка для получения мгновенных фотографий процесса взрыва в рентгеновских лучах по методу В.А.Цукермана. В другом каземате находился фотохронограф для регистрации развертки световых явлений, сопровождающих взрыв.
Как мы уже упоминали, в сентябре 1947 г. в лаборатории В.А.Цукермана был готов и первый осциллограф, пригодный для регистрации взрывных явлений. Но тут усомнился в результатах экспериментов первооткрыватель электронного парамагнитного резонанса и будущий академик Е.К.Завойский, посчитав, что неверно определяется масштаб времени. Казалось, его переубедили. Однако весной 1948 г. он заявил, что так как, по-видимому, имеет место пологое нарастание напряжения в схеме подрыва, то не будет синхронного срабатывания электродетонатора. Удалось доказать ошибочность и этого его предположения. Но Завойский не уступал. Осенью он заявил, что все результаты неправильные, так как по его измерениям скорость продуктов взрыва составляет 1600 м/с, а не 2000 м/с. То есть давление в детонационной волне, необходимое для успешного эксперимента, не достигается. Вот почему в начале 1948 г. важнейшей задачей, на решение которой были направлены усилия КБ-11, явилось определение давления детонации взрывчатых веществ.
Для нормального срабатывания атомного заряда было необходимо, чтобы скорость детонации волны была 2 км/с и, соответственно, развивалось давление около 180 килобар. Предсказания теории были крайне противоречивы. Немецкие ученые полагали, что давление детонации тротила составляет 120 килобар. По оценкам Л.Д.Ландау и К.П.Станюковича, 180 килобар. Поэтому первостепенной задачей было экспериментальное определение давления детонации: ведь в атомных бомбах продукты детонации обычного химического взрывчатого вещества (ВВ) играют ту же роль рабочего тела, что вода и водяной пар в тепловых машинах. Итак, где истина: 120 или 180? На больших совещаниях физики-теоретики не знали, чему верить. Они острили вполне в духе Зельдовича: вариант “К” взят с потолка, вариант “Д” взят в Бороде.
Выход из положения видели в определении давления детонации тремя независимыми методами, которые для этого были специально разработаны и реализованы тремя различными коллективами КБ-11.
Первый метод принадлежал В.А. Цукерману, который в рентгеновском диапазоне снимал взрыв заряда с вложенными в него в качестве индикаторов стальными шариками. Не обошлось без курьеза. При регистрации шарики казались практически неподвижными. Мы были еще наивными людьми. В ту пору на объект приехал директор Института химической физики, будущий Нобелевский лауреат, Николай Николаевич Семенов. Вениамин Аронович продемонстрировал ему свои результаты и пояснил: мы обнаружили, что за фронтом детонационной волны происходит превращение взрывчатых веществ в продукты взрыва, причем никакого движения продуктов взрыва нет. Поэтому шарики на месте: рентгеновский снимок это подтверждает. Семенов возразил: “Если ваша методика не фиксирует массовую скорость, то она никуда не годится”. Тогда шарики заменили тонкими, непрозрачными для рентгеновских лучей свинцовыми фольгами. Теперь на снимке экспериментаторы увидели фронт детонационной волны и за ним смещающиеся фольги. Экстраполируя это смещение к фронту волны с учетом плотности индикаторов, можно было получить значение скорости — около 2,0 км/с.
Второй метод — метод Е.К.Завойского. Он заключался в том, что в заряд вкладывался проводник и эта конструкция помещалась в однородное магнитное поле. При взрыве по закону Лоренца возникала электродвижущая сила, величина которой зависела от скорости движения проводника. Завойский был замечательным, авторитетным и тонким ученым. Но в исследованиях взрывчатых веществ он также был новичком. Его не смущало, что на многих снимках получался очень размытый фронт движения проводника. Кроме того, он тоже не учитывал инерционность движения проводника и получил, что скорость равна всего 1,6 км/с. Успех первого испытания ставился под сомнение!
Естественно, разгорелся страшный спор, кто прав. От этого зависели вся конструкция атомного заряда и прогнозы по поводу его срабатывания. Так 2,0 км/с или 1,6? Вопрос “Кто прав?” решался очень остро, даже с участием руководства Первого главного управления при Совете Министров в лице Б.Л.Ванникова. Методика Е.К.Завойского была полностью и срочно воспроизведена другими исследователями. Ведущим в этих опытах был А.А.Бриш. На экспериментальной площадке сооружены два огромных магнита и были выполнены опыты с разными проводниками. Но в первых опытах при использовании датчиков, аналогичных тем, которые применял Завойский, получили близкую к его результатам скорость продуктов взрыва.
Однако затем выяснились два обстоятельства.
Во-первых, была открыта проводимость продуктов взрыва, что стало откровением для теоретиков объекта. (Возник даже спор “на коньяк” между Зельдовичем и Цукерманом: есть проводимость продуктов взрыва или нет? То, что продукты взрыва обладают проводимостью, теперь общепризнанно. А тогда Яков Борисович проиграл.) Кроме того, “фокус” состоял в том, чтобы изготовить датчики из металла малой плотности и учитывать, что чрезмерно тонкие алюминиевые фольги разрушались детонационной волной. Поэтому были введены существенные усовершенствования: исключено влияние высокой электропроводности продуктов взрыва и электрических наводок, в том числе от возникающих при взрыве электрических зарядов; для изготовления датчика использован более легкий металл — алюминий; подобраны толщина и размеры датчика в целях исключения разрыва его детонационной волной; введен рентгеновский контроль качества заливки датчика в заряде.
Третий независимый метод, которым воспользовались Л.В.Альтшулер и К.К.Крупников, был метод откола. Для его реализации оказалось важным предложение Я.Б. Зельдовича применять протяженные заряды химических ВВ длиной до трех метров. Было известно: когда ударная волна выходит на свободную поверхность пластинки, скорость пластинки с хорошим приближением равняется удвоенной массовой скорости за фронтом ударной волны в металле. Тогда при заданном уравнении состояния металлической пластинки, примыкающей к заряду, можно было перейти к уравнению состояния продуктов взрыва. Результаты экспериментов группы Бриша сразу обсуждались на совещаниях у Ю.Б.Харитона в присутствии Я.Б.Зельдовича, Д.А.Франк-Каменецкого, В.А.Цукермана, Е.И.Забабахина, Л.В.Альтшулера и других специалистов. В конце концов задача была решена, и по всем трем независимым методикам получились результаты, близкие к результатам Цукермана, то есть около 2,0 км/с. Измеренная скорость продуктов взрыва, а следовательно, и давление детонации, оказались близкими к тем, которые использовались в расчетах атомного заряда. Возникшие было сомнения в работоспособности заряда и в успехе его испытания были сняты. Путь на Семипалатинский полигон был открыт!