Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

«Информационная среда» — ядерные полигоны будущего

Несмотря на соблюдение в 1995 г. моратория на проведение подземных ядерных испытаний тремя из пяти ядерных держав (Великобританией, Россией и США) и ведущиеся в Женеве в рамках Конференции по разоружению переговоры о заключении Договора о полном и всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний во всех средах, ядерные лаборатории этих стран (а также Франции) ведут работы по т.н. наземным экспериментам. Наземные эксперименты, или испытания, по классификации доктора Т. Коллина (Вашингтонский институт науки и международной безопасности), подразделяются на 4 типа: гидродинамические, в условиях энергии высокой плотности, оружейных эффектов и гидроядерные.

Гидродинамические испытания

Название отражает состояние твердых веществ и металлов, которые в ходе выполнения экспериментов «текут», как жидкость. В гидродинамических экспериментах используются элементы ядерных боеприпасов, из которых предварительно вынимается ядерная начинка (делящиеся материалы).

Гидродинамические испытания применяются для создания новых типов высокоэнергетических взрывчатых веществ, предназначенных для сжатия делящихся материалов, при этом делящиеся материалы предлагается заменять инертными (типа обедненного урана) или плутонием-242. Эксперименты проводят на открытом воздухе, за исключением испытаний с применением плутония-242 (в этом случае используют стальную камеру). Осуществляется рентгеновское, электрическое и оптическое диагностирование.

В США действуют три гидродинамические установки. Две из них находятся на территории Ливерморской лаборатории — т.н. «площадка 300» (для проведения крупномасштабных испытаний высокоэнергетических взрывчатых веществ на открытом воздухе) и установка для создания и испытания новых высокоэнергетических взрывчатых веществ (HEAF — High Explosives Applications Facility). Третья — самая мощная в мире установка «Фермекс» действует на территории Лoc-Аламосской лаборатории в условиях открытой среды. Она представляет собой линейный ускоритель, генерирующий высокоэнергетические электроны. Образующийся при этом пучок рентгеновского излучения используется для создания радиографического изображения испытаний высокоэнергетических взрывчатых веществ.

В Лос-Аламосе строится новая установка с двумя линейными ускорителями (DARHT — Dual-Axis Radiographic Hydrodynamics Testing) для получения стереоскопического изображения детонирующих высокоэнергетических взрывчатых веществ (массой до 70 кг). Строительство должно быть завершено к 1997 г. Вторая из строящихся установок (ECF — Explosive Components Facility) будет запущена в 1995 г. в лаборатории Сандиа.

Предполагается создание еще двух установок: в Ливерморе на базе «площадки 300» (CFF — Contained Firing Facility), где можно будет испытывать до 60 кг высокоэнергетического взрывчатого вещества, и на полигоне в Неваде (AHF — Advanced Hydrotest Facility), по мощности превосходящей DARTH.

Испытания в условиях энергии высокой плотности

Подобные испытания применяются для получения более точной информации о физических свойствах вещества при воздействии энергии высокой плотности посредством имитации условий, возникающих при ядерном взрыве (по температуре и плотности). Для диагностирования используется рентгеновское излучение или ударная волна.

Установки этого класса действуют в Ливерморе и Лос-Аламосе. В Ливерморской лаборатории работает самый мощный в мире лазер «Нова», генерирующий импульсы до 40 кДж за одну наносекунду. Здесь исследуются радиационные, термодинамические и гидродинамические свойства материалов, физические принципы для создания новых видов ядерного оружия, процессы термоядерного взрыва и т.п. К этому же классу относятся опыты под названием «Алмазная наковальня». Небольшое лабораторное устройство в Ливерморе имитирует определенные аспекты ядерного взрыва, сжимая плутоний между двумя алмазами под давлением 10—1000 т/дюйм², в то время как лазерный луч нагревает его до 7 000°С.

В Лос-Аламосской лаборатории действует импульсный источник энергии «Пегасус-Н», содержащий 144 зарядно-разрядных устройства. Он способен мгновенно разрядить на одну мишень до 4,3 МДж энергии. Вещество внутри мишени подвергается действию громадной температуры и давления. Здесь же работают импульсный энергоисточник «Прокьон», аналогичный «Пегасус-Н», в котором импульс электроэнергии усиливается высокоэнергетическими взрывчатыми веществами; лазерная установка «Трайдент», обеспечивающая два одновременных импульса с энергией 100 Дж каждый и длительностью 100 пикосекунд; лазер «Брайт-Сорс-Н», интенсивность сфокусированных импульсов которого существенно выше, чем лазеров «Трайдент» и «Нова» (используется для изучения действия условий ядерного взрыва на структуру и динамические свойства вещества); мезонный ускоритель с двумя мишенями, на котором исследуется поведение нейтронов для моделирования динамики процесса деления в боезарядах и калибровки детекторов нейтронных потоков при ядерных испытаниях.

В Ливерморе строится лазерная установка ультракороткого импульса, которую предполагается использовать для изучения горячей плотной плазмы, образуемой высокомощными ультракороткоимпульсными лазерами. В 1995 г. на ракетном полигоне «Белые пески» (штат Нью-Мексико) планируется завершить строительство большого имитатора. На нем будут исследоваться ударные волны и температурные условия ядерного взрыва. Предполагается строительство еще четырех установок следующего поколения, более мощных и совершенных. В 1994—1999 гт. в США предполагается создание национальной установки зажигания (NIF — National Ignition Facility) в рамках программы «Лазерный синтез». Она предназначена для оценки новых физических принципов проектирования ядерного оружия; осуществления наземной имитации действия ядерного оружия на стратегические, тактически е и космические системы; использования энергии термоядерного синтеза при производстве электроэнергии. Установка будет состоять из мощного лазера (в 25—50 раз превосходящего лазер «Нова»), способного генерировать 1,8 МДж энергии и давать в результате синтеза 10—20 МДж. Установка будет также крупнейшим в мире оптическим инструментом. Внутри громадного сооружения предполагается сосредоточить более 200 лазерных «волноводов», каждый длиной в несколько сот метров, энергия которых направляется в камеру-мишень, где находится золотой контейнер с миниатюрными таблетками ядерного топлива. Достигнув камеры-мишени, луч лазера проникает через отверстия контейнера, преобразуется в рентгеновское излучение, нагревающее таблетки до температуры, которая вызывает взрыв. Основным компонентом таблеток ядерного топлива полумиллиметровой толщины является тритий-дейтериевая смесь (в газообразном или твердом состоянии), укутанная в несколько оболочек. Взрыв поверхностных материалов таблетки приводит к сжатию и разогреву смеси в ней в такой степени, что начинается реакция синтеза с выделением колоссальной энергии. При этом происходит высвобождение потоков нейтронов, рентгеновского и гамма-излучения, как при взрыве термоядерного заряда. Таким образом происходит имитация действия реальных ядерных взрывов.

Испытания оружейных эффектов

Все действующие установки США, предназначенные для имитации воздействия радиации в результате ядерных взрывов на ядерное оружие и военное оборудование, расположены на территории лаборатории Сандиа. В испытаниях применяются следующие ядерные реакторы и ускорители.

Ускоритель «Сатурн» — имитатор рентгеновского излучения мощностью до 1,5 МДж и пиковым током 10—12 МА. Ускоритель частиц (PBFA-II — Particle Beam Fusion Accelerator) — самый мощный в мире, состоящий из 36 импульсных энергомодулей, которые используются для изучения инерционного синтеза как источника рентгеновского излучения.

Ускоритель «Гермес-Н I» — самый мощный в мире генератор гамма-излучения, используемый для имитации действия радиации в результате ядерного взрыва на электронику и военные системы. Высоковольтный короткоимпульсный ус¬коритель «СФИНКС» (SPHINX — Short-Pulse High-Intensity Nanosecond X-radiator), предназначенный для измерения наведенных рентгеновским излучением фототоков от коротких быстрорастущих импульсов в интегральных схемах.

Ускоритель «Прото-П» — главная установка США для имитации оружейных эффектов, исследования радиационных потоков, проверки на живучесть военных систем, разработки ядерных систем с лазерной накачкой.

Исследовательский реактор (ACRR — Annular Core Research Reactor), используемый в качестве источника нейтронов и гамма-излучения и т. д. В лаборатории Сандиа работает также усовершенствованная суперскоростная метательная установка — газовая пушка, стреляющая металлическими пластинами со скоростью 10 миль/с, создавая температуру и давление, при которых ученые могут проверить результаты своих вычислительных экспериментов.

На территории лаборатории Сандиа предполагается создать еще один имитатор радиационного воздействия «Юпитер», генерирующий рентгеновское излучение до 20 МДж, предназначенный для испытаний тех материалов и компонентов, которые могли изучаться только при подземных испытаниях.

На базе ВВС США «Арнольд» строится импульсная рентгеновская установка, завершение работ планируется в 1996 г.

Гидроядерные испытания

Гидроядерные испытания проводятся для оценки безопасности и надежности ядерного оружия. Впервые они были осуществлены учеными Лос-Аламосской лаборатории в конце 1950—начале 1960-х гг., впоследствии проводились в Лос-Аламосе и на Невадском полигоне на земле и под землей на глубине 15—30 м. Гидроядерными называют испытания «нулевой мощности», поскольку энергия деления выделяется в очень незначительном количестве, не превышая мощности взрыва высокоэнергетических взрывчатых веществ (мощность от нуля до нескольких килограммов тротилового эквивалента), в то время как при обычных ядерных испытаниях мощность взрывов измеряется в килотоннах или мегатоннах. Гидроядерные испытания связаны с исследованиями первых нескольких миллисекунд цепной ядерной реакции. Как правило, из боезаряда удаляется часть делящихся материалов либо они полностью заменяются на соответствующие неделящиеся материалы.

На базе лабораторий ядерного военно- промышленного комплекса США — Лос- Аламосской, Ливерморской и Сандиа — идут работы по использованию супермощных ЭВМ для имитации характеристик ядерного взрыва и изучения его последствий.

Позиции пяти ядерных держав на переговорах в Женеве (1994—1995 гт.) о заключении Договора о полном и всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний во всех средах различны по вопросу о том, какие виды испытаний должны быть запрещены и какие разрешены.

На третьей сессии этих переговоров в рам¬ках Конференции ООН по разоружению в сентябре 1994 г. Великобритания и Франция настаивали на сохранении возможности проведения испытаний «при исключительных обстоятельствах» (имеются в виду испытания для проверки безопасности ядерных боезарядов). Россия, США и КНР выступили против. В то же время Великобритания, Россия, США и Франция хотели бы продолжать гидроядерные испытания, аргументируя свои предложения тем, что такие испытания происходят без взрыва, а только с выделением ядерной энергии. При этом оговаривается необходимость контроля за мощностью испытаний. Франция предлагает установить порог мощности в несколько тонн, США считают необходимым ограничение в несколько килограммов. Великобритания и Россия согласны на любой порог мощности в указанных пределах. Если соглашение о пороге мощности не будет достигнуто, Россия намерена предложить такую формулировку соответствующей статьи договора, чтобы под нее не подпадала деятельность оружейных ядерных лабораторий. Большинство неядерных стран—участниц переговоров выступает против любых испытаний.

Следует констатировать, что на современном этапе развития военной ядерной науки необходимые для разработки оружия нового поколения испытания могут проводиться в новой, т.н. «информационной среде». «Информационная среда» — это совокупность методов, лабораторных и исследовательских установок, ЭВМ последнего поколения и программного обеспечения, с помощью которых ведутся научные и технологические работы, способствующие получению и накоплению информации для создания и разработки новых видов оружия, модернизации ядерных боезарядов и изучения эффектов ядерных взрывов. Если ранее оружейные разработки в этой среде были лишь промежуточным этапом, а основные испытания проводились в атмосфере, под водой, в открытом космосе и под землей, на сегодняшний день «информационная среда» становится главным местом размещения «ядерных полигонов» будущего. США основательно подготовились к такому продолжению испытаний. На базе лабораторий ядерного военно-промышленного комплекса США (Лос-Аламосская, Ливерморская и Сандиа) полным ходом идут работы по использованию супер-мощных ЭВМ для имитации характеристик ядерного взрыва и изучения его последствий.

Гидроядерные испытания весьма привлекательны и для т. н. «пороговых» стран (пытающихся создать свое ядерное оружие).

В Великобритании, России, Франции и некоторых других странах также ведутся работы по наземным экспериментам. Во Франции разработана программа «Пален» (Palen — Preparation a la Limitation des Experimentations Nucleaires). Она связана в основном с созданием способов имитации ядерных взрывов и их действия, включая развитие компьютерного моделирования и разработку мощных лазерных систем. В России на лазерной установке «Искра-5», смонтированной в Арзамасе-16, ведутся исследования, аналогичные работам, выполняемым в США на лазерной системе «Нова», во Франции — на установке «Фебос», в Японии — на установке «Гекко-12». В установке «Искра-5» 12 мощных световых пучков, каждый из которых генерируется своей лазерной системой, проходит 250 м, после чего все они сходятся на одной мишени. Мишень содержит стеклянные шарики диаметром 0,5 мм, наполненные тритий-дейтериевой смесью, на которые направляются сфокусированные лазерные пучки, в результате возникает реакция термоядерного синтеза (если при этом ионизированный газ разогрет до сотен миллионов градусов и сохранялся в таком состоянии заданное время). Установка является чрезвычайно энергоемкой. Для проведения каждого эксперимента энергия предварительно накапливается с помощью целой системы конденсаторов. Энергомощность одного импульса в таком эксперименте равна мощности Красноярской ГЭС.

Импульсный реактор на быстрых нейтронах (БИГР — Большой импульсный графитовый реактор) был построен в Арзамасе-16 для исследования влияния нейтронного и гамма-излучения на материалы и технику военного назначения. Он использовался для изучения природы происходящих при этом процессов, оценки эффективности поражений и создания способов защиты от них, на нем ведутся также работы по безопасности ядерных реакторов.

Работы в области компьютерного моделирования ведут все ядерные державы. Созданный в России компьютер, который выполняет более миллиарда операций в секунду, — великолепный «полигон» для имитации ядерных испытаний.

 

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика