Ядерное оружие и мифы интернета

Ядерное оружие, с момента своего создания, постоянный источник самых разнообразных легенд и фантазий.

1. Ядерное оружие интернета – «Толстяк» образца 1945 года

Рассказывая о сложностях, возникающих с производством, хранением и эксплуатацией ядерного оружия, зачастую, в качестве примера описывают атомную бомбу, сброшенную на Нагасаки. Это все равно что рассказывая о Т-72 или Су-27 описывать Мк-1 и «Фарман» времен битвы на Сомме.

За прошедшие 3/4 века наука и технологии продвинулись далеко вперед, а их направления, связанные с ядерными технологиями, развивались опережающими темпами.

Накоплен огромный опыт эксплуатации ядерного оружия, насчитывающий миллион «бомболет». Создана система, обеспечивающая значительное снижение стоимости содержания, при повышении уровня безопасности хранения и обращения. Разработаны и внедрены новые научные и конструкторско-технологические подходы

После успешного испытания РДС-1, было изготовлено 5 ЯБП этой модели, которые были заложены на хранение в Арзамасе-16. В 1949 г. у США было порядка 200 ядерных боеприпасов.

В 1948 году США провели серию исследовательских испытаний ядерных зарядов со следующими задачами:

• Проверка принципа «левитации» для повышения степени сжатия делящихся материалов
• Испытание совместного использования в ядерных зарядах плутония и урана-235 (принцип композиции)
• Исследование имплозивной схемы для зарядов на основе урана-235
• Изучение влияния толщины темпера.

В Советском Союзе похожая программа испытаний ядерного оружия была проведена в 1951 году. Использовались изделия/заряды:

• РДС-4, состоящий из заряда РДС-1 с добавлением внутреннего плутониевого шара весом 115 грамм
• РДС-5, состоящий из составной сферы из плутония весом 4,2 кг, составной сферы из урана-235 весом 6,8 кг и внутреннего плутониевого шара весом 115 грамм

В связи с отставание производства оружейного урана, испытания имплозивного заряда на основе урана-235 не проводились

В результате испытаний показано, что:

• Принцип «левитации» в два раза повышает эффективность использования делящихся материалов.  Обеспечивает возможность создания зарядов разных конфигураций
• Композитная схема позволяет существенно сократить расход плутония при равном энерговыделении

С 1951 г ядерное оружие стало изготавливаться в соответствии с требованиями, предъявляемыми к военной технике.

На поток, производство ядерного оружия, было поставлено в 1954 году

К 1955 г по сравнению с 1951 годом диаметры ядерных зарядов были уменьшены в 3 раза, а их масса в 7 раз. Для сравнения габарит РДС-1 более 1500 мм, РДС-2 и РДС-3 1250 мм, РДС-4 820 мм.

В бомбе, сброшенной на Нагасаки, на 1 кг веса приходилось 0,0039 кт, у первой нашей бомбы примерно так же 0,003 кт/кг, у современных мощных ЯБП 1 кг веса обеспечивает мощность 0,5-5 кт.

Без сомнения выдающееся научно-техническое достижение.

2. Снижение критической массы

Не менее впечатляющие изменения произошли и с критической массой. На заре атомной эры для «голого» шара из плутония она составляла 10 кг, а из урана235- 52.

Применение бериллиевого отражателя, который отражает больше нейтронов, чем получил, позволило уменьшить критическую массу урана до 13 кг.

Сжатие «взрывом» при использовании 10 кг взрывчатки на 1 кг делящегося вещества (сжатие в 2-2,5 раза) позволяет уменьшить вес сборки до 3,25 – 2 кг.

Разница в критической массе урана-235 и плутония-239 во многом обусловлена величиной сечения взаимодействия. При его увеличении критическая масса снижается.

В термоядерном цикле, десятикратное обжатие «легкого горючего» ведет к увеличению его плотности в 1000 раз.

В начале 90-х академик Харитон говорил, что современные технологии позволяют изготовить бомбу из 500 грамм плутония. Теоретический предел около 10 грамм, однако в этом случае необходимо применение лазерного или магнитного обжатия. А у страны, располагающей такими технологиями проблем с плутонием и ядерным оружием существовать не может в принципе, и в общем это никому и не нужно.

Сегодня, вес критической сборки составляет, примерно, 3 кг для плутония или 1 кг урана и 2,7 кг плутония в случае применения композита.

У современных ядерных боеприпасов система термостатирования является частью самого боеприпаса и требования к режиму хранения значительно снижены. Тепловыделение оружейного плутония 2,2 Вт/кг, заряд будет выделять порядка 7 Вт тепла. Алюминиевые теплоотводящие мостики имеют теплопроводность в 1000 раз выше, чем окружающая заряд взрывчатка. Никаких особых проблем этот момент не вызывает.

Применяются различные конструктивные приемы для предотвращения самооблучения. Уже довольно давно плутоний заряда наносится «тонким слоем» на внутреннюю поверхность полой бериллиевой сферы. Внутри которой установлен «левитирующий» шар из урана, играющий роль экрана препятствующего самооблучению плутония.

3. Система подрыва ЯЗ

Часто можно услышать про 32 детонатора расположенных по сферической поверхности заряда и которые должны сработать с микросекундной точностью, про «ядерные запалы», расположенные внутри «шара» и которые необходимо часто менять, разбирая при этом заряд. Это все правда, однако касающаяся только самых первых конструкций ядерных боеприпасов

Например, для этой конструкции

Уже с конца 50-х годов США и СССР стали применять и эллипсоидное обжатие (т.н. схема Лебедь), а это всего два детонатора в «вершинах» эллипса. Применение двух детонаторов (двух группы, с учетом резервирования) позволило создать систему регулирования мощности взрыва, путем создания временной задержки между временем их срабатывания. Кроме того, эта особенность стала частью системы КБУ, зачищающей изделие от несанкционированного срабатывания.

В дальнейшем стал использоваться и метод «линейной» имплозии. Например, создание артиллерийского снаряда калибром 152 мм (при сохранении внешней баллистики) на основе другого метода было бы невозможно.

В этом случае сама сборка выполняется не сферической, а в виде разнотолщинного эллипса. Под воздействием ударной волны сборка принимает форму шара и сжимается.

Этот вид имплозии применяется в образцах ядерного оружия, где не важен расход делящихся материалов и вес боеприпаса, а важны минимальные габаритные размеры.

«Нейтронные запалы» (НЗ) — источники нейтронов. Иногда их называют «система внутреннего подрыва». Представляли собой гетерогенную структуру из полония и бериллия. Устанавливались во внутренней полости ЯЗ. Срабатывание происходило при прохождении сильной ударной волны, бериллий и полоний перемешивались. Происходило более ранее появление нейтронного фона по отношению к оптимальному моменту инициирования ядерного заряда. Это значительно снижало его энерговыделение. 

Так как в НЗ использовался полоний 210 с периодом полураспада 138 суток, то требовалась частая замена. При создании большого ядерного арсенала возникала проблема организации крупносерийного производства полония-210 и источников на его основе, что было и сложно и дорого.

Отказаться от нейтронного инициирования было нельзя. В этом случае ЯЗ будет иметь непредсказуемое энерговыделение и низкую эффективность.

Поиски наилучшего решения шли несколькими путями.

Был разработан термоядерный инициатор (ТИ), срок жизни которого был значительно больше.  В центре заряда размешалась капсула термоядерного материала, которая нагревалась сходящейся взрывной волной. В процессе термоядерной реакции нарабатывалось значимое количество нейтронов достаточное для инициирования цепной реакции. Тем не менее применение ТИ никак не повышало безопасность ядерного оружия, не исключало аварийное срабатывание заряда.

После изобретения импульсного нейтронного инициатора (ИНИ), иногда называют «система внешнего подрыва», проблема во многом была решена. ИНИ представляет собой ускоритель ядер трития, бомбардирующих мишень, содержащую дейтерий. Полученные в этой термоядерной реакции нейтроны инициируют цепную реакцию в ядерном заряде

Работы по его созданию начались одновременно и в СССР, и в США, Советский Союз эту гонку выиграл.

Создание ИНИ позволило увеличит энерговыделение ядерных зарядов, решить проблему короткого времени жизни НЗ, полностью использовать возможности схем я полыми ядрами делящихся материалов, исключить предетонацию. Существенно увеличилась безопасность ядерного оружия.

Впервые импульсный нейтронный инициатор был использован для модернизации авиационной бомбы РДС-3 (изделие 501-М), в которой использовался ЯЗ с внутренним нейтронным инициатором (запалом) НЗ-5 и блок автоматики БА3 весом 82 кг.

В октябре 1954 года было успешно осуществлено испытание АБ РДС-3ИНИ (изделие 501-МИ).  Для инициирования ядерного заряда использовался новый блок автоматики БА4 

Энерговыделение ЯЗ с ИНИ, по сравнению с использованием НЗ увеличилось в 1,8 раза и составило 62 кт.  Однако НЗ применялись в некоторых конструкциях отечественных ЯЗ до начала 60-х годов.

Уже в 1955 году начались исследования по созданию безжелезных бетатронов, которые стали частью зарядов 3-го поколения (70-е годы).  И НТП на этом не остановился.

Расположение ИНИ за пределами ЯЗ превратило его замену в обычную регламентную операцию, а сама система стала важнейшей частью блока автоматики подрыва (БА).

 Блок автоматики — наиболее секретная часть ядерного заряда во многом обеспечивающая его боевые и эксплуатационные свойства.  Можно сказать «мозг бомбы»

Первые БА весили более 100 кг, к 1960 масса блока была уменьшена в 15 раз, к 1979 в 50 раз, а к 1990 в 100 раз.

4. Усиление ядерного заряда — бустинг

В бомбе, сброшенной на Хиросиму, деление произошло всего лишь у 1,4% массы заряда, у современных не усиленных бомб это показатель достигает 20%. Использование же усилителя (бустера) позволяет увеличить его вдвое. Бустинг — усиление   мощности ядерных зарядов слабой термоядерной реакцией. В ее результате выделяется большое количество нейтронов, обеспечивающих более полное деление ядерного материала.

В самом конце 1957 г. Славский доложил Хрущеву и Булганину о проведении 28 декабря на полигоне №2 МО СССР взрыва

«… атомного устройства с целью изучения нового способа повышения эффективности использования плутония в атомных зарядах за счет добавления небольшого количества газообразной смеси дейтерия и трития.  Результат опыта положительный»

В несколько упрощенном виде, эффект усиления достигается вспрыскиванием трития во внутрь заряда.

Тритий хранят в связанном состоянии, например в виде гидрида. Выделяющийся при распаде гелий удаляется – т.н. функция самоочистки.

При приведении изделия в боевую готовность тритий выделяется с помощью ТЭНа и по трубке попадает во внутрь заряда. Вся эта система выполняется в виде отдельного легкозаменяемого внешнего блока.

Для одного заряда необходимо использование 4 грамм трития (согласно слушаниям в Сенате США). Изменение количества вспрыскиваемого в заряд трития является еще одним способом регулирования мощности взрыва ЯБП.

Несколько особняком стоят т.н. «нейтронные боеприпасы», вернее стояли. В США было разработано 4 типа данного вида ядерного оружия. Изготавливались только три. Два из которых состояли на вооружении буквально считанные годы.

ЯБЧ, предназначенная для ракет ПРО (облучение боеголовок советских ракет) состояла на вооружении несколько десятилетий.

Одной из причин снятия их с вооружения, наряду с практической бесполезностью, были сложности с эксплуатацией и обслуживанием.

5. Гарантийный срок хранения ядерных боеприпасов

Гарантийный срок ЯБП прошлого поколения (последнего поколения холодной войны) находиться в пределах 20-30 лет

В январе 2019 г была досрочно завершена программа продления срока службы боеголовок W76-1 до 60 лет. Данная боеголовка применяется ракетами «Трайдент-2». Работы по B61-12, W80-4, W88 alt.370 так же продвигаются по графику

Возможно создание боеприпасов с гарантийным сроком 70-80 лет, то есть ограниченным сроком годности химической взрывчатки, используемой в боеприпасе.  Однако заказчику это не нужно. Действительно было бы странным если бы военные сегодня, например ратовали за сохранение на вооружении танка Т-34-85.

В советских ЯЗ, в качестве химической взрывчатки, первоначально использовалась смесь тротила с гексогеном ТГ 50/50. Позднее стал применятся октоген в том числе и в различных смесях (октол), обладающий более высокой термостойкостью.

Необходимо сказать, что ранее проблемы старения не существовало в принципе. Каждые 20-30 лет происходила смена поколений ядерного оружия, и естественно, судьба заменяемых боеприпасов никого особенно не интересовала.

После прекращения разработки новых ЯБП этот вопрос возник, и к концу 90-х годов были приняты соответствующие программы поддержания готовности, как в США, так и в РФ.

Проведение регламентных работ на нескольких тысячах ядерных боеприпасов не представляет никакой сложности ни для российской армии, ни для американской, и при наличии уже созданной технической базы не несет существенной финансовой нагрузки.

Многие виды работ по обслуживанию ЯО проводятся только при приведении ВС в повышенные степени боевой готовности. Более того значительная часть ЯБП храниться в разобранном виде, что исключает многие негативные факторы и воздействия.

Естественно, процесс старения ядерного оружия имеет место. Так же, как например процесс старения резиновых изделий в автомобилях, находящихся на хранении и которые, подлежат замене каждые 10 лет, да и вообще любого изделия.

Однако все эти моменты учитываются еще на этапе проектирования.

Гораздо более непредсказуем и, следовательно, более опасен, например отказ, возникающий в результате неблагоприятного наложения допусков, однако это уже совсем другая тема.

6. Модернизация термоядерных боеприпасов холодной войны

К концу холодной войны основным видом ядерного оружия стало термоядерное.

Первое термоядерное взрывное устройство «Ivy Mike» было взорвано американцами 1 ноября 1952 г.

 «Майк вместе с криогенным оборудованием весил 74 тонны и размещался в ангаре 27х14х19 метров. Собственно термоядерная часть была высотой 6 м и содержала 160 кг жидкого дейтерия.

Рвануло на 10 Мт, попутно открыли два новых элемента: эйнштейний и фермий.

Шутки из серии «Богатые американцы построили дом, залили его дейтерием и взорвали» были явно не к месту. В результате испытаний был отработан процесс радиационной имплозии. Для обжатия использовались фотоны рентгеновского изучения, скорость которых 300 000 км/с, а скорость распространения плазмы продуктов деления первой ступени всего 20 000 км/с

У нас в это время занимались разработкой РДС-6с и РДС-6т, как потом оказалось – тупиковой ветвью развития ядерного оружия. А испытанная РДС-6с т.н. «слойка» и чрезвычайно «грязной».

Первая советская двухстадийная термоядерная бомба РДС-37 была испытана 22 ноября 1955 года. Это был важнейший шаг в обеспечении безопасности страны и, следовательно, к сохранению мира.

Эмоциональное увлечение ЯЗ большой мощности довольно быстро прошло. Простой расчет показывал, что мощность не имело смысла наращивать бесконечно. Радиус поражения возрастает пропорционально корню кубическому из энерговыделения (мощности взрыва).  Следовательно, несколько боеголовок даже меньшей суммарной мощности были более эффективны чем одна, такой же «забрасываемой массы».

Ну а создание ГЧ ИН, как и значительное повышение точности, поставило жирный крест на «судьбе» таких мастодонтов. Впрочем, для решения некоторых специфических задач, например блокирования/изоляции позиционных районов МБР они находятся на вооружении и сегодня

По мнению американских стратегов оружие, созданное в годы холодной войны, не отвечает реалиям сегодняшнего дня. Естественно, работы по его модернизации проводятся, однако это просто «промежуточный вариант». В последней, 12 модификации авиабомбы В61, максимальная мощность снижена до 50 кт

 Термоядерная бомба B61-12 заменит не только все имеющиеся модификации, но и мегатонную B83. Это стало возможным в результате повышения точности B61-12 до 30 метров.

7. Новое поколение ядерного оружия

Сегодня США (надеюсь и мы) вступают в «новую ядерную эпоху», крайне отличную от «эпохи холодной войны».  Она характеризуется снижением порога применения ядерного оружия до минимума.  Его низведение до уровня обычной, пусть и особо мощной, взрывчатки.

Современные ядерные боеприпасы должны быть «чистыми», то есть термоядерными и иметь мощность 0,01-100 Кт.

Это приведет к резкому снижения или снятию психологического барьера их применения, минимизирует экологические последствия.

Маломощные и «чистые» образцы ядерного оружия неотъемлемая часть концепции армии будущего. Разновысотные дроны, вооруженные в том числе и ядерным оружием (которое станет уже и не ядерным) уничтожают всех и все неугодное гегемону. Такое вот виденье мира.

Основная техническая проблема при создании таких боеприпасов — запуск реакции синтеза без использования реакции деления.

Возможные пути решения:

• подкритическое выгорание ядерного материала
• магнитное обжатие
• использование сверхтяжелых элементов, ядерных изомеров, металлического водорода
• лазеры с выходом энергии более 10¹⁹  Вт/см2

Основными поражающими факторами такого боеприпаса будут взрывная волна и световое излучение. Радиоактивное заражение крайне незначительно и краткосрочно.

В связи с этим вызывает «умиление» реакция наших «патриотических экспертов» на безусловные успехи американцев, например в лазерном обжатии. Начинаются подсчеты сколько энергии потрачено на инициацию термоядерной реакции, сколько получено и т.д.

Да какая разница сколько. Они, что электроэнергию вырабатывать собрались? Как сказал персонаж одного из моих любимых фильмов «Профессионал» — «Бух и нету негра»

Бытует миф, вероятно с подачи заинтересованных ведомств, что это чисто оборонительные разработки. Мол применение таких зарядов, в системах ПРО позволит сбивать боеголовки противника над своей территорией, на малых высотах. Но, и уже существующие ядерные заряды, позволяют это сделать. Все подобные разговоры, это не более чем легенда прикрытия.

Снижение же мощности ядерных зарядов, связанно только с увеличением точности средств доставки. Это очень даже коррелируемые величины. Не нужно быть академиком чтобы оценить, насколько возросла точность американских ракет сегодня по сравнению, например с 80 годами. И «Штирлиц» для этого не нужен.

Сегодня, США имеют возможность проведения секретных ядерных испытаний, но с принятием таких образцов на вооружение возникают определенные трудности в том числе и юридические.

Следовательно, США выйдут из моратория на их проведение или же объявят, что он касается ядерного оружия и никак не связан с термоядерным. Более того, договором запрещены реакции нарастающие (восходящие), а не нисходящие

Для РФ такое решение США было бы выгодным.

Исторически сложилось так, что вычислительные мощности имеющиеся в распоряжении СССР/РФ примерно в 1000 раз меньше, чем у США. Такую разницу, практически невозможно нивелировать, ни «мозгами», ни более продвинутыми алгоритмами.

В случае отказа от моратория, наши разработчики, смогут получить недостающую информацию в ходе «натурных» экспериментов.

Недавнее распоряжение В. Путина о подготовке полигона для проведения ядерных испытаний, причем сделанное публично, «практически на весь мир» было обойдено вниманием отечественных СМИ. По факту оно означало, что РФ не допустит одностороннего перехода США в эту самую «новую ядерную эпоху».

8. Стоимость ядерного оружия

Утверждения, что ядерное оружие непомерно дорого, не имеет под собой абсолютно никаких оснований. По критерию стоимость/эффективность ему нет равных.

В противном случае оно бы не получило такого распространения в арсеналах США и СССР, стран с абсолютно разными экономическими укладами.

Начиная с 1940 года и до окончания Манхэттенского проекта США потратили на разработку ядерного оружия 2 млрд. долларов. В то же время, как в СССР по ленд-лизу было поставлено товаров на 11,3 млрд. долларов. При всей благодарности не думаю, что поставки в СССР были основной задачей для США.

Стоимость ядерных боеприпасов является секретной информацией. Существует только один открытый достоверный документ на эту тему, относящийся к 50-м годам прошлого века. Тем не менее официальные представители США неоднократно заявляли, что уже в середине 60-х годов ядерный боеприпас стоил дешевле танка.

Более 30 лет назад такая отнюдь, не технологически развитая страна, как ЮАР, смогла разработать собственное ядерное оружие и изготовить 6 (+1) атомных бомб. Захват которых так и остался неосуществленной мечтой Фиделя Кастро.

Ядерная программа ЮАР буквально поражает своей эффективностью и полным задействованием всех имеющихся возможностей. Сегодня это единственная страна, отказавшаяся от обладания ядерным оружием, реально находившимся в ее распоряжении.

Даже при нищенском бюджете МО РФ, в ельцинские времена, доля затрат на содержание СЯС РФ никогда не превышала 5%. Повторюсь не на ЯО, а на СЯС в целом.

Сегодня на содержание СНЯС США тратиться 2-3% бюджета Пентагона.

Согласно самым высоким оценкам затраты на предстоящее перевооружение СНЯС США 6,4% от суммы бюджета Пентагона 2018 года. Или 1% федерального бюджета. Таким образом в течении нескольких пиковых лет затраты всего на 4% превысят существующие затраты на содержание СНЯС.

Во время последнего кого перевооружения в 80-е годы затраты составили 10,6% бюджета министерства обороны США или около 3,7% федерального бюджета. В 60 годы, во время становления американской ядерной триады на эти цели тратилось 17,1% бюджета МО.

Указанные суммы включают в себя не только ядерные боеприпасы, но и средства доставки: АПЛ, бомбардировщики, МБР и т.п. Они-то и с оставляют основную часть стоимости программы перевооружения.

Расходы на собственно ядерные боеприпасы проходят по бюджету Министерства энергетики США, который в 2019 году составил 30,8 млрд. $.

Из них для NNSA (то, что у нас принято называть ядерным оружейным комплексом) – 15,091 млрд.

В том числе:

• На ядерное оружие и инфраструктуру (включая предприятия, компьютерное обеспечение и т.п.) – 11 млрд., рост по сравнению с 2017 г. 19,2%
• На поддержание режима нераспространения (в том числе 47 млн. долларов на борьбу с ядерным терроризмом) – 1,9 млрд, падение по сравнению с 2017 г. -0,9%
• Ядерные реакторы боевых кораблей и подводных лодок – 1,9 млрд., рост по сравнению с 2017 г. 26%
• Высококвалифицированная рабочая сила федерального уровня – 423 млн, рост 9,1%

Для осуществления программы модернизации СНЯС США понадобятся и новые типы ядерных боеприпасов, и новые производственные мощности.

Существует два варианта оценки предстоящих затрат, на эти цели, в период 2018-2043 гг. Минимальная – 60 млрд. и максимальная – 90 млрд, то есть в среднем 2,4-3,6 млрд. долларов в год. Естественно, в пределах инвестиционного цикла.

Большая ли это плата, за гарантию собственной безопасности? Не думаю.

9. Кадры решают все

Весь советский ядерный проект — пример эффективнейшего взаимодействия фундаментальной и прикладной науки, максимального использования производственных возможностей

Такой проект мог осуществить только Л.П. Берия. Молотов попробовал, но успеха не достиг.

Главной задачей американцев в 90-е было уничтожить «советскую атомную гидру», иначе она будет возрождаться вновь и вновь. Они понимали всю мощь и устойчивость, созданной в СССР системы. По целому ряду причин тогда это осуществить не далось.

Минатом – приемник Минсредмаша был разрушен в начале 2000-х с печально знаменитым «Мы еще доделаем то, что Егор Тимурович не успел».

И действительно вреда от «демократов второй волны» не меньше, а то и больше, чем от «демократов волны первой». Гайдар, так и не решился провести «налоговый маневр в топливо-энергетическом комплексе», а эти провели.

Думаю, что сегодня РФ не в состоянии повторить, что-либо подобное созданию ядерного оружия. И даже отдалено напоминающее – тоже

Очень сложно представить нынешних руководителей, несущихся на танке в эпицентр ядерного взрыва, а потом раздумывающих на броне, спрыгнуть на землю или нет. Ботинки то одни, а после этого их придется выбросить.