Монстры из Замка

Cкриншот из  х/ф «Братство кольца» трилогии «Властелин колец».

        После блестящего  физического эксперимента Ivy Mike на атолле Эниветок в Тихом океане, в ходе которого 1 ноября 1952 был проверен дизайн супербомбы от Теллера-Улама, военным не терпелось получить настоящее оружие Судного дня. Взорванная лаборатория с весом оборудования 74 тонны, выделившая 10.4 Мт энергии, таковым разумеется не являлась (рис. 2). Через немногим больше года появилась бомба Mark 16, в которой установка Ivy Mike была упакована в контейнер длиной 7.5 м диаметром 1.6 м, лишенный стабилизаторов и больше напоминающий огромный сосуд Дьюара, заполненный сжиженным дейтерием. Данное устройство с проектной мощностью взрыва 6-8 Мт могло быть загружено в бомболюк «Миротоворца» B-36 http://extremal-mechanics.org/archives/480. В январе 1954 Стратегическое Авиационное Командование располагало 5-ю такими бомбами, но уже в  апреле 1954 они были выведены из арсенала и деактивированы. 

Рис. 2.  Термоядерная установка в эксперименте Ivy Mike.

     Постоянное пополнение запаса жидкого дейтерия при температуре -250 градусов было далеко не главной эксплуатационной проблемой Mark 16. Тритий, относительно малая примесь которого необходима для «поджигания» дейтериевого синтеза, является очень нестабильным изотопом. Он распадается со скоростью 5.5% в год, поэтому для поддержания рабочих параметров бомбы требовалась регулярное обновление. Но производство трития обходилось примерно в 80 раз дороже и требовало намного больше времени, чем выработка плутония. Например 3 — 5 кг, которые, согласно расчетам Э. Теллера, требовались для изготовления одного «Классического супера», по производственным затратами стоили бы 100 – 200 «атомных» бомб мощностью ~20 Kт. К тому же, как выяснилось, Classical super был тупиковым вариантом супербомбы http://extremal-mechanics.org/archives/695#more-695. Выходом из тупика стала «технически сладкая» идея радиационной имплозии с разделенными в пространстве триггером мощностью 20 – 50 килотонн и тампером с термоядерным зарядом. Все это вместе называется дизайном Теллера-Улама (рис.3) 

Рис. 3.  Источник:   http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq0.html  .

     Английское слово tamper буквально означает «трамбовка». Термин подразумевает, что контейнер с делящимся материалом «атомной» бомбы или термоядерным горючим «водородной» служит для сдерживания и/или сжатия активного вещества, действуя против чудовищных внутренних сил, стремящихся раздуть и разбросать его во все стороны. Иначе ядерные реакции погаснут задолго до того момента, как будет высвобождена достаточная энергия взрыва. В контексте термоядерного оружия используется также термин «пушер».

   На самом деле все далеко не так просто, как можно было бы судить по схематическому рисунку загадочного, но несомненно очень грамотного человека по имени или никнэйму Carey Sublette. Который взял на себя труд собрать, подвергнуть анализу и довести до широкой публики невероятно интересную, эксклюзивную и строго научную информацию о ядерном оружии, … которая не имеет почти никаких официальных подтверждений. В частности, ничего не известно об устройстве канала передачи рентгеновского излучения от primary к secondary, который называется радиационным каналом или interstage. Однажды в 90-х Министерство энергетики США косвенно признало существование interstage, но что именно он из себя представляет – об этом можно лишь строить догадки.

      Однако на рис. 3 и всех его аналогах, восходящих к знаменитой статье Х. Морлэнда от 1979 года http://extremal-mechanics.org/wp-content/uploads/2012/09/1179.pdf, радиационный канал выглядит тривиально. Он заполнен полиэтиленовой пеной, которая порядка микросекунды после высвобождения энергии триггера (primary), будучи уже горячей плазмой, препятствует испарению тяжелых элементов с поверхности тампера. Это необходимо, чтобы обеспечить прозрачность радиационного канала для рентгеновских лучей до того момента, как в окружающем secondary, замкнутом пространстве (hohlraum) установится термодинамическое равновесие излучения cо стенками. Последнее, в свою очередь, обеспечит равномерный полив тампера душем из фотонов, плотность которого сравнима с плотностью твердого тела ! 

   Эффективным решением тритиевой проблемы, открывшим путь к созданию компактных термоядерных боеприпасов, стал белый порошок дейтерида лития. В естественном виде он содержит 7.5% соединения дейтерия с изотопом лития Li^6. Изотоп Li^7 – это природный литий. В процессе работы secondary основную роль играют следующие реакции:

  1. D+T\rightarrow He^4+n+17.6 MeV
  2. D+D\rightarrow He^3+n+3.3 MeV
  3. D+D\rightarrow T+p+4 MeV
  4. He^3+D\rightarrow He^4+p+18.3 MeV
  5. Li^6+n\rightarrow T+He^4+4.8 MeV
  6. Li^7+n\rightarrow T+He^4+n-2.5 MeV

Вначале скорость реакции 1 ориентировочно в 100 раз превосходит скорости 2 и 3, которые, в свою очередь, в 10 раз быстрей 4. Однако в дальнейшем, по мере роста температуры до сотен миллионов градусов, реакция 4 становится доминирующей. При этом нелишне заметить, что шкала времени термоядерного синтеза, происходящего внутри тампера, укладывается в 20 – 40 наносекунд !

      Под действием потока нейтронов от делящегося вещества «свечи зажигания» (Spark Plug), в ходе реакций 5 и 6 быстро вырабатывается тритий T, который сразу вступает в реакцию 1. Он также продуцируется в 3, при этом каждая из ядерных реакций 1-4 дает вклад в энергетический выход  взрыва. Если оболочка тампера выполнена из природного U^{238}, то поток быстрых нейтронов от синтеза 1 делит ядра урана, что приводит к дополнительному выделению энергии. Она может составлять от половины до 85% энергетического выхода взрыва. Делящийся уран образует огромное количество радиоактивных осадков, хотя термоядерный синтез осадков не производит.

Рис. 4.  Тест Castle Romeo.

     Для опытной проверки всей этой теории, а также тестирования дизайна первых термоядерных боеприпасов, на атолле с красивым именем Бикини (300 км восточнее Эниветок), с марта по май 1954 года была проведена серия испытаний под кодовым названием Operation Castle («Операция Замок»):  

Тест

Дата

Никнэйм устройства

Термоядерное топливо

План

Факт

Монстр

BRAVO

1.03.1954

Креветка

Дейтерид лития —    40% Li-6 D

6 Мт

15 Мт

Mark 21

ROMEO

27.03.1954

Коротышка

Дейтерид лития —   7.5%  Li-6 D

4 Мт

11 Мт

Mark 17

KOON

7.04.1954

Моргенштерн

Дейтерид лития  -  7.6%  Li-6 D

1 Мт

110 Кт

-

UNION

26.04.1954

Будильник

Дейтерид лития —    95% Li-6 D

3-4 Мт

6.9 Мт

Mark 14

YANKEE

5.05.1954

Тупица

Дейтерид лития —    40% Li-6 D

8 Мт

13.5 Мт

Mark 24

NECTAR

14.05.1954

Зомби

Деление, усиленное D+T

1.8 Мт

1.69 Мт

Mark 15

      В этом Замке родились первые монстры эпохи Великого Противостояния, которые поражают не только своей безумной, немыслимой разрушительной мощью, но и чрезмерным количеством. Уже в конце 50-х их расплодилось достаточно, чтобы полностью уничтожить цивилизацию, превратив нашу планету в дымящуюся, радиоактивную свалку. Сегодня, когда кошмарный призрак глобального ядерного конфликта почти не виден из-за политического горизонта, остается лишь удивляться тому, как быстро паранойя ядерной гонки между двумя сверхдержавами привела человечество на край пропасти. Всего через несколько лет после Операции Замок !  

    Которая в целом прошла исключительно успешно. Четыре ядерных теста показали значительное превышение эффекта взрыва по отношению к оценочным данным. В одном имело место практическое попадание, и лишь тест KOON, который подготовила Ливерморская лаборатория с целью проверить принципиально новый дизайн бомбы, оказался полностью неудачным. Хотя нелишне заметить, увлекшись мегатонной гигантоманией, что выход энергии этого взрыва почти в 10 раз превышал тот,  который достался многострадальной Хиросиме.

Рис. 5.  »Креветка». В потолок уходят световые трубы для регистрации параметров взрыва, которые передавались в удаленный бункер данных. 

      Наиболее «тяжелым» по мегатоннажу и экологическим последствиям cтал взрыв Castle Bravo. Около секунды сияющий шар диаметром 7 км (!) при свете дня был ясно виден с атолла Кваджелейн за 400 км от места событий. Всего за одну минуту облако гриба достигло высоты 14 км, имея диаметр 11 км, и менее, чем за 10 мин оно поднялось на 40 км, расширившись до 100 км в диаметре. В результате взрыва образовался кратер диаметром 2 км и глубиной 76 м. Интенсивному радиоактивному заражению подверглись почти 18 000 квадратных километров поверхности Тихого Океана, но радиоактивные следы взрыва наблюдались в Австралии, различных частях Азии и у побережья США. Будучи совершенно секретным тестом Bravo, тем не менее, оказал большое влияние на мировое общественное мнение. Экспериментальные данные, полученные в ходе Operation Castle, послужили основой для проектирования первых супербомб:                    

Бомба

Вес  тонн

Диаметр метров

Длина  метров

Мегатоннаж

Сделано штук

В период времени

Изъяты или конвертированы

Mark 14

13.6

1.6

5.6

5 — 7

5

февраль-октябрь 1954

сентябрь 1956

Mark 15

3.4

0.9 

3.5

1.7 – 3.8

1 200

апрель 1955– февраль 1957

апрель 1965

Mark 17

19

1.6

7.5

10 — 15 

200

июль 1954– ноябрь 1955

август  1957

Mark 21

7.5

1.5

3.8

4 — 5

275

декабрь 1955-июль 1956

январь 1957

Mark 24

19

1.6

7.5

10 — 15 

105

июль 1954 - ноябрь 1955

октябрь 1956

     Хотя Mark 14 называли «Будильником» (Alarm Clock), он не имел ничего общего с этим дизайном, реализованным в Советской бомбе РДС-6с «Слойка» http://extremal-mechanics.org/archives/695#more-695. Mark 15 был относительно легкой бомбой.  Его sеcondary имело тампер из высокообогащенного урана, что также применялось в боеголовках ракет в 70-х и 80-х годах. Для  ее доставки мог применяться реактивный  бомбер В-47 «Stratojet», базировавшийся  в Испании,  Британии и Турции,  которому  в конце 50-х  уже спешил на замену культовый   B-52  «Stratofortress»  с практически неограниченным радиусом действия.  Кроме  Mark 15 он  также был носителем  Mark-21. Что касается трех мастодонтов — Mark 14, Mark 17 и Mark 24 (два последних отличались только составами термоядерного заряда), то их был способен довезти до цели только тихоходный «Митротворец» B-36, причем даже из глубины территории США http://extremal-mechanics.org/archives/480 . К 1954 году, когда выпуск этих самолетов был прекращен, общее число Peacemaker-ов составляло свыше 380 штук, чего теоретически хватало на весь арсенал Mark 14, 17 и 21. Все поколение первых монстров, кроме Mark 15, было заменено на 10-мегатонного Mark 36, который представлял собой усовершенствованную версию Mark 21  (рис. 8). 

Рис. 6.   Первая супербомба на дейтериде лития Mark 14.

Рис. 7.   Первая «легкая» супербомба Mark 15.  

Рис. 8.   Внешне идентичные супербомбы Mark 17 и  Mark  24.  

Рис. 9.  Внешне идентичные супербомбы Mark 21 и  Mark 36. 

     В Советском Союзе аналогичных по силе устройств в 50-х еще не было. Однако они появились в 60-х, причем сразу в виде боеголовок для ракет, а в 70-х по общему тоннажу боеприпасов мегатонного класса СССР уже превосходил США. На фоне устройств от 10 Мт бомба мощностью в одну мегатонну уже не производит должного  впечатления. Поскольку гигантомания физических параметров притупляет восприятие реальности, рассмотрим последствия применения боеприпаса в 1 Мт по большому городу.         

   На расстоянии примерно 3.5 км от эпицентра взрыва находится зона полных разрушений, где скорость ветра может достигать 500 км/час ! До 7.5 км от точки zero простирается зона сильных и средних разрушений, сплошные пожары, ветер может достигать самого разрушительного урагана в истории США – «Катрина» —  280 км/час. От вспышки взрыва (fireball), которая эволюционирует в плазменный пузырь диаметром 2 км, ослепительно светящийся на протяжении более 10 секунд, на расстоянии 7.5 км неизбежны ожоги 3-й степени открытых участков тела. За 10 км от эпицентра ветер достигает 180 км/час, при этом 120 км/час на шкале Бофорта уже соответствует  урагану.

Рис. 10. Ожоги 3-й степени. Фото доктора  Andreas Settje, SKM-госпиталь, Непал.

    На расстоянии до 2.7 км от точки zero оценочно погибнет 98% всех людей, останется лишь 2% обугленных, покалеченных и умирающих в  мучениях жертв. До 8 км погибнет 50%, а 40% получат тяжелые повреждения (ожоги и травмы). Анализ Отдела по оценке технологии конгресса США показал, что взрыв такого устройства над центром города с населением 4 млн. человек (типа Детройта или Петербурга), произведенный ночью на высоте около 2 км, уничтожит свыше 1 млн. человек. К несчастью многие из тех, кто переживет первые часы после удара, впоследствии позавидуют тем, кому посчастливилось погибнуть быстро.   

    В настоящее время в арсеналах Западных стран нет боеприпасов мегатонного класса. В России, предположительно, все еще несут службу несколько советских монстров Р-36M2 «Воевода», оснащенных моноблоком с кошмарной мощностью 20 Мт. На Западе эти ракеты известны под выразительным именем «Satan», и вариант с десятью разделяющимися боеголовкам по ~ 0.6 Мт заслуживает его намного больше ! Их еще осталось в шахтах 50 — 60 особей. Китайская Народная Республика, по-видимому, имеет на вооружении не менее 20 ракет DF-5A, способных доставить 5-мегатонный моноблок на расстояние 13 000 км. Внешним обликом они подозрительно напоминают первые советские МБР начала 60-х. Впрочем сегодня ключевым элементом китайских ядерных сил сдерживания являются мобильные ракеты, которые по своим возможностям аналогичны «Тополю-М» http://extremal-mechanics.org/archives/160. Многомегатонные монстры нехотя уходят в прошлое. 

 Дмитрий Зотьев