Основными элементами ядерных боеприпасов (рис. 1) являются: ядерный заряд (1), датчики подрыва (2), система автоматики (3), источник электрического питания (4) и корпус (5).
Корпус служит для компоновки всех элементов боеприпаса, предохранения их от механических и тепловых повреждений, придания боеприпасу необходимой баллистической формы, а также для повышения коэффициента использования ядерного горючего.
Датчики подрыва (взрывательные устройства) предназначены для подачи сигнала на приведение в действие ядерного заряда. Они могут быть контактного и дистанционного (неконтактного) типов.
Контактные датчики срабатывают в момент встречи боеприпаса с преградой, а дистанционные - на заданной высоте (глубине) от поверхности земли (воды).
Дистанционные датчики в зависимости от типа и назначения ядерного боеприпаса могут быть временными, инерционными, барометрическими, радиолокационными, гидростатическими и др.
Система автоматики включает систему предохранения, блок автоматики и систему аварийного подрыва.
Система предохранения исключает возможность случайного взрыва ядерного заряда при проведении регламентных работ, хранении боеприпаса и при полете его на траектории.
Блок автоматики срабатывает по сигналам, поступающим от датчиков подрыва и предназначен для формирования высоковольтного электрического импульса на приведение в действие ядерного заряда.
Система аварийного подрыва служит для самоуничтожения боеприпаса без ядерного взрыва в случае его отклонения от заданной траектории.
Источником питания всей электрической системы боеприпаса являются аккумуляторные батареи различных типов, которые обладают одноразовым действием и приводятся в рабочее состояние непосредственно перед его боевым применением.
Ядерный заряд представляет собой устройство для осуществления ядерного взрыва Ниже будут рассмотрены существующие типы ядерных зарядов и их принципиальное устройство.
Ядерные заряды
Устройства, предназначенные для осуществления взрывного процесса высвобождения внутриядерной энергии, называются ядерными зарядами.
Различают два основных вида ядерных зарядов:
1 - заряды, энергия взрыва которых обусловлена цепной реакцией делящихся веществ, переведенных в надкритическое состояние, - атомные заряды;
2 - заряды, энергия взрыва которых обусловлена термоядернойреакцией синтеза ядер, - термоядерные заряды.
Атомные заряды. Основным элементом атомных зарядов является делящееся вещество (ядерное взрывчатое вещество).
До взрыва масса ЯВВ находится в подкритическом состоянии. Для осуществления ядерного взрыва она переводится в надкритическое состояние. Используются два типа устройств, обеспечивающих формирование надкритической массы: пушечный н имплозивный.
В зарядах пушечного типа (рис. 2) ЯВВ состоит из двух или более частей, масса которых в отдельности меньше критической, что обеспечивает исключение самопроизвольного начала цепной ядерной реакции. При осуществлении ядерного взрыва отдельные части ЯВВ под действием энергии взрыва обычного взрывного вещества соединяются в одно целое и общая масса ЯВВ становится больше критической, что создает условия для цепной реакции взрывного характера.
Перевод заряда в надкритическое состояние осуществляется действием порохового заряда. Вероятность получения расчетной мощности взрыва в таких зарядах зависит от скорости сближения частей ЯВВ При недостаточных скоростях сближения коэффициент критичности может стать несколько больше единицы еще до момента непосредственного контакта частей ЯВВ. В этом случае реакция может начаться с одного начального центра деления под воздействием, например, нейтрона спонтанного деления, в результате чего происходит неполноценный взрыв с небольшим коэффициентом использования ядерного горючего
Преимуществом ядерных зарядов пушечного типа являются простота конструкции, малые габариты и масса, высокая механическая прочность, что позволяет создавать на их основе малогабаритные ядерные боеприпасы (артиллерийские снаряды, ядерные мины и др.).
В зарядах имплозивного типа (рис 3) для создания надкритической массы используется эффект имплозии - всестороннего обжатия ЯВВ силой взрыва обычного ВВ, которая приводит к резкому увеличению его плотности.
Эффект имплозии создает огромную концентрацию энергии в зоне ЯВВ и позволяет достичь давления, превышающего миллионы атмосфер, что приводит к увеличению плотности ЯВВ в 2 - 3 раза и уменьшению критической массы в 4 - 9 раз.
Для гарантированного имитирования цепной реакции деления и ее ускорения от искусственного источника нейтронов должен быть подан мощный импульс нейтронов в момент наивысшей имплозии Поскольку в таком состоянии ЯВВ находится в течение нескольких микросекунд, то момент посылки импульса нейтронов должен быть синхронизирован с моментом достижения наибольшей критичности.
Преимуществом атомных зарядов имплозивного типа является более высокий коэффициент использования ЯВВ, а также возможность в определенных пределах менять мощность ядерного взрыва с помощью специального переключателя.
К недостаткам атомных зарядов относятся большие масса и габариты, низкая механическая прочность и чувствительность к температурному режиму
Термоядерные заряды В зарядах этого типа условия для реакции синтеза создаются за счет подрыва атомного заряда (детонатора) из урана-235, плутония-239 или калифорния-251 Термоядерные заряды могут быть нейтронными и комбинированными
В термоядерных нейтронных зарядах, (рис 4) в качестве термоядерного горючего используются дейтерий и тритий в чистом виде или в виде гидридов металлов "Запалом" реакции служит высокообогащенный плутоний-239 или калифорний-251, обладающие сравнительно небольшой величиной критической массы Это позволяет увеличить коэффициент термоядерности боеприпаса.
В термоядерных комбинированных зарядах (рис. 5) в качестве термоядерного горючего используется дейтерид лития (LiD). Для "запала" реакции синтеза служит реакция деления урана-235. В целях получения нейтронов высокой энергии для протекания реакции (1.18) уже в самом начале ядерного процесса в ядерный заряд помещается ампула с тритием (1Н3).Нейтроны же деления необходимы для получения трития из лития в начальный период реакции В последующем воспроизводство трития будет происходить за счет нейтронов, выделяющихся при реакциях синтеза дейтерия и трития, а также деления урана-238 (самого распространенного и наиболее дешевого природного урана), которым специально окружается зона реакции в виде оболочки Наличие такой оболочки позволяет не только осуществить лавинообразную термоядерную реакцию, но и получить дополнительную энергию взрыва, так как при высокой плотности потока нейтронов с энергией более 10 МэВ реакция деления ядер урана-238 протекает достаточно эффективно При этом количество высвобождаемой энергии становится очень большим и в боеприпасах крупного и сверхкрупного калибров может составить до 80 % всей энергии комбинированного термоядерного боеприпаса.
Классификация ядерных боеприпасов
Ядерные боеприпасы классифицируют по мощности выделяемой энергии ядерного заряда, а также по типу используемой в них ядерной реакции Для характеристики мощности боеприпаса применяется понятие "тротиловый эквивалент" -это такая масса тротила, энергия взрыва которого роена энергии, выделяемой при воздушном взрыве ядерного боеприпжа (заряда) Тротиловый эквивалент обозначается буквой § и измеряется в тоннах (т), тысячах тонн (кг), миллионах тонн (Мт)
По мощности ядерные боеприпасы условно подразделяются на пять калибров (таблица 1).
Классификация ядерных боеприпасов по мощности
Таблица 1
Калибр ядерного боеприпаса | Тротиловый эквивалент тыс. т. |
Сверхмалый | До 1 |
Малый | 1-10 |
Средний | 10-100 |
Крупный | 100-1000 |
Сверхкрупный | Более 1000 |
По характеру протекаемых ядерных реакций боеприпасы классифицируются на боеприпасы "деления", "деления - синтеза", "деления - синтеза - деления". Принципиальное устройство этих боеприпасов рассмотрено ранее.
