Текст книги "Огонь! Об оружии и боеприпасах"
Автор книги: Александр Прищепенко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 12 страниц)
В заряде, предназначенном для перехвата боевого блока, не чинят преград нейтронам: в нем есть ядерный запал и капсула с термоядерным топливом, но нет оболочки из «тяжелого урана», поскольку взрывной эффект – ненужное излишество. Такими двухфазными термоядерными зарядами оснащены американские противоракеты «Спринт» (рис. 3.34), охраняющие шахты межконтинентальных баллистических ракет. Конусная форма «Спринта» позволяет ему выдерживать огромные перегрузки, возникающие во время старта и последующем маневрировании.
Рис. 3.34. Ближний рубеж противоракетной обороны стартовых позиций американских МБР обеспечивают ракеты «Спринт», оснащенные двухфазной термоядерной боевой частью, основной поражающий фактор которой – импульсный нейтронный поток
Но и нейтроны при перехвате боевого блока и ЭМИ противоборствуют с бездушными машинами, а где же пресловутое варварство? Вполне может ядерное оружие представить и «фильм ужасов» извращенным любителям этого жанра. И изумляли непомерным слюноотделением газетенки, заливаясь в брехе об изуверских «нейтронных бомбах» – мародерском оружии, предназначенном якобы для уничтожения людей, но сохранения материальных ценностей для последующего разграбления.
Двухфазными термоядерными зарядами (по американской терминологии – «боеприпасами с повышенным выходом радиации») оснащались боевые части ракет «Лэнс» и 203-мм гаубичные снаряды.
Предметы, подвергшиеся воздействию значительных нейтронных потоков (основного поражающего фактора двухфазных боеприпасов) опасны для жизни, потому что нейтроны после взаимодействия с ядрами инициируют в них разнообразные реакции, являющиеся причиной вторичного (наведенного) излучения, которое испускается в течение длительного времени после того, как распадется последний из облучавших вещество нейтронов.
На самом деле, ампульные боеприпасы предназначались для поражения бронетехники, по численности которой Варшавский пакт превосходил НАТО в несколько раз. Выбор носителей и их досягаемость (десятки километров) указывали, что создавалось это оружие для решения оперативно-тактических задач.
Прочная конструкция танка достаточно стойка к воздействию ударной волны, поэтому после расчетов применения ядерного оружия различных классов против бронетехники, с учетом последствий заражения местности продуктами деления и разрушений от мощных ударных волн, основным поражающим фактором решили сделать нейтроны.
Рассчитывая остановить навал «брони», в штабах НАТО разработали концепцию «борьбы со вторыми эшелонами», стараясь отнести подальше рубеж применения нейтронного оружия по противнику. Основной задачей бронетанковых войск является развитие успеха на оперативную глубину, после того, как их бросят в брешь в обороне, «пробитую», например, ядерным ударом большой мощности. В этот момент применять радиационные боеприпасы уже поздновато: хотя 14-МэВные нейтроны – продукт термоядерных реакций – незначительно поглощаются броней, но, как уже знает читатель, радиационные поражения экипажей сказываются на их боеспособности не сразу. Поэтому радиационные удары планировались по выжидательным районам, где изготавливались к введению в прорыв основные массы бронетехники: за время марша к линии фронта на ее экипажах должны были проявиться последствия облучения.
В предназначенных для борьбы с танками двухфазных боеприпасах была предусмотрена замена ампул с существенно уменьшившимся количеством трития на «свежие», производимая в арсеналах в процессе хранения. Могли такие боеприпасы применяться и с «холостыми» ампулами – как однофазные ядерные снаряды килотонной мощности.
…Читатель наверняка заметил, что все описанные варианты характеризуются практически изотропным полем поражения: и ударная волна и гамма кванты и нейтроны летят во всех направлениях от взрыва.
…Но натурам утонченным претило такое неизящество: как это – дубиной – и хрясь, чтоб все – в разные стороны? Нет, сделайте нам красиво, как в синематографе: чтоб неуловимые выпады шпажкой – шир-шир-шир – и улеглись вокруг поверженные враги лепестками ромашки! Ну если нельзя пока шпажкой, то – хоть мечом, волшебным Эскалибуром[34]34
Название проекта разработки оружия направленной энергии в «Стратегической оборонной инициативе» – любимом детище одного президента, в прошлом – актера
[Закрыть]…
…Атомы могут находиться в различных энергетических состояниях. При переходе из возбужденного состояния в основное атом испускает квант света. Благодаря этому явлению мы видим пламя – и костра и факела ракетного двигателя. Кроме самопроизвольных переходов с одного энергетического уровня на другой, могут произойти и вынужденные, обусловленные действием на атом падающего на него излучения. Самопроизвольные переходы могут осуществляться только в одном направлении – с более высоких уровней на более низкие. Вынужденные переходы могут происходить как в одном, так и в другом направлении. В случае перехода на более высокий уровень атом поглощает падающее на него излучение. При вынужденном переходе с одного из возбужденных уровней на более низкий энергетический уровень происходит излучение атомом фотона, дополнительного к тому фотону, под действием которого произошел переход. Это дополнительное излучение называется вынужденным (или индуцированным).
Вынужденное излучение обладает весьма важными свойствами. По частоте, фазе и поляризации оно совпадает с таковыми излучения вызвавшего переход: вынужденное и внешнее излучения когерентны. Эта особенность вынужденного излучения лежит в основе действия усилителей и генераторов света, называемых лазерами.
Эйнштейн в 1917 году показал, что соотношение между вероятностями спонтанного и индуцированного излучения пропорционально длине волны. Выход лучистой энергии ядерного взрыва реализуется в основном в рентгеновской части электромагнитного спектра. Для таких коротких воли требуемая энергия накачки очень высока, но у ядерного взрыва ее много!
Рентгеновские лазеры – импульсные, с малой длительностью генерации. При огромной плотности энергии активная среда лазера может быть только плазмой, причем полностью ионизованной.
Когда плазма ядерного взрыва начинает охлаждаться, быстрее других частиц охлаждаются электроны. После достаточного понижения температуры электронов, начинается процесс рекомбинации. Для некоторых уровней при этом и реализуются индуцированные переходы.
Плотность электронов не должна быть слишком высокой, чтобы обеспечить условия инверсной населенности. Дело в том, что с увеличением энергии состояния населенность уровня – количество атомов в этом состоянии – уменьшается. Число переходов между двумя уровнями пропорционально населенности исходного уровня. В системе атомов, находящейся в термодинамическом равновесии, поглощение волны накачки может и преобладать над вынужденным излучением, так что волна накачки при прохождении через вещество ослабляется. Для усиления же нужно, чтобы в состоянии с большей энергией находилось большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией. В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную населенность. Такое возможно для атомов таких элементов, как железо, цинк, медь.
Если активная среда – пусть это будет стержень – представляет твердое тело, то за короткое время накачки ее форма практически не изменится. Образовавшаяся плазма расширяет со скоростью 50 км/с. Если начальный радиус стержня – доли миллиметра, то потребуется около 30 наносекунд, чтобы создались условия для возникновения индуцированного излучения, которое длится не более наносекунды. За это время диаметр расширяющегося стержня превысит миллиметр.
Для формирования, фокусировки, усиления рентгеновского излучения бесполезны зеркальная оптика и оптические резонаторы. Все определяется выбором формы активной среды с учетом того, что расходимость луча зависит от отношения поперечных размеров среды к продольным. Длина стержня определяется плотностью энергии воздействующего излучения, а значит – энерговыделением ядерного взрыва: необходимо, чтобы самый удаленный от заряда край стержня мог быть полностью ионизован (напомним, что после полной ионизации среда становится прозрачной для излучения). Для ядерного взрыва с энерговыделением около 30 килотонн, этим условиям удовлетворяют: диаметр стержня – около миллиметра и длина – около 10 м.
Хотели поначалу тем лазером, как шпажкой, одним махом поразить тучу целей: каждый из стержней наводить на свою цель, соорудив нечто вроде гигантского ежа (рис. 3.35), но потом, подсчитав, выбрали вариант поскромнее: образовали из них цилиндр, окружающий заряд, забыв о поражении многих целей одним взрывом. Но от взрыва с энерговыделением в 30 килотонн (2х1014 Дж), произведенного в 1981 г. в штате Невада жалкие 130 килоджоулей только и перепали острию той шпажки. Да размазывается и эта энергия с расстоянием: на каждые 10 м – на доли миллиметра увеличивается облучаемое пятно, так что и очень уж дальний выпад с той шпажкой пока что не сделаешь…
Рис. 3.35. Рентгеновский лазер с накачкой от ядерного взрыва. На верхнем рисунке – каждый из медных стержней наводится на свою цель. Нетрудно заметить, что любому из стержней достается лишь мизерная часть излучений, испускаемых ядерным взрывом. Когда стержни расположены по образующей, с ядерным зарядом, размещенным на оси (нижний рисунок), энергия ядерного взрыва используется рационально, но рентгеновское излучение сосредоточено только на одной цели. Кстати, даже и в этом случае пока удалось сформировать не слишком мощный (с энергией чуть более сотни джоулей) рентгеновский импульс. Активные элементы – медные стержни – очень длинные (10 м) и тонкие, поэтому на рисунках изображены не в масштабе
…И надсмехались по эту сторону идеологического фронта над жалкими потугами, разъясняли снисходительно: не может быть верных знаний там, где капитал простер свои грязные щупальца, потому как нет у них прочнейшего марксистско-ленинского, философского фундамента! И делились простой, как правда, пропорцией, озарившей полуночной зарницей мозг: «Если несколько килограммов взрывчатки в кумулятивном заряде пробивают метр брони, то 10 килотонн – они ж на 10 тысяч километров брызнут неумолимой струей! И можно, бабахнув где-то в шахте, что вырыли там, где не ступала нога человека, струей, прошедшей аж сквозь всю голубую планету, преобразовать в слякоть говномерзавца, покусившегося на то, что нам свято. И далее, ласково улыбнувшись и приложив ладошку к кепочному козыречку: «Верной, единственно верной дорогой идите, товарищи!».
И действительно: коль существуют вещества, в различной степени пропускающие мягкое рентгеновское излучение – основной носитель энергии ядерного взрыва – можно изменить изотропное распределение поля этого излучения, а значит, добиться, чтобы где-то плотность энергии была бы выше.
…Однажды автору на глаза попалась диссертация, посвященная строительству. Основная мысль автора состояла в том, что движение больших масс людей описывается уравнениям гидродинамики и это позволяет рассчитывать пропускные способности эскалаторов, проходов и прочего. Но этим же законам подчиняется и движение вещества при взрывах, причем результат будет справедлив для явления любого масштаба, поскольку во всех таких случаях течения вещества автомодельны (подобны) и их можно охарактеризовать относительными параметрами. Например, решая задачу о той же имплозии, можно текущие значения давления и радиуса задавать в виде отношений к соответствующим значениям в начале процесса и решение будет описывать как заряд радиусом в дециметр, так и в километр. Так что, если поверить автору той диссертации, и найти несколько десятков тысяч (а лучше – сотню тысяч) друзей, можно ставить изумительные по наглядности опыты, наблюдая за ними с крыши высотки. Надо только объяснить, куда одним надо бежать, толкая друг друга (это – обязательно), услышав вой сирены, возвещающей начало эксперимента, а другим – указать места, где им стоять.
Можно будет изучать даже перемешивание «вещества», при турбулентном течении, порекомендовав различным слоям «общества» надеть разноцветные хламиды. Такой эксперимент будет первым явлением миру новой разновидности метода аналогий, поскольку автору книги такая идея в голову хоть и пришла, но за помощью в ее реализации к начальству он не обратился, опасаясь ответного обильного слюноизвержения, а возможно даже – укуса в припадке неконтролируемой истерики…
Полагаю все же, что большинство читателей этой книги – не звезды шоу-бизнеса, вялое беканье которых моментально соберет требуемое количество готовых на все поклонников. Опять же, если бы читатель располагал хотя бы несколькими граммами ВВ (желательно – инициирующего), проинструктировать его об организации опыта можно было «на счет раз», как говорят пролетарии умственного и физического труда. Но вместо этого приходится посоветовать перечитать то, что в предшествующей главе написано об органах.
Поэтому внимательно рассмотрим снимок, (рис. 3.36), на котором запечатлена ударная волна, «выгоняемая» из ствола движущейся в нем пулей.
Рис. 3.36. Ударная волна, сформированная воздухом, вытесняемым движущейся в стволе пулей
Пуля – идеальный поршень, она гонит воздух перед собой только вперед. Если бы мы нашли способ учинить подобное при ядерном взрыве – заставить двигаться всю нагретую радиационной диффузией плазму только в одном направлении – то немедля возник бы рядом некто неброский и сформулировал убедительно, подобно Саиду из «Белого солнца пустыни»: «Никому не говори! Не надо!» И то верно: так и шныряют вокруг агенты империалистических разведок, переодетые в эмиссаров неправительственных организаций, метают там и сям ложные каменюки – начиненных электроникой подколодных слухачей.
Но не мы дожили пока до такого невиданного счастья, чтоб все – и в одну сторону. Ну, хоть полюбуемся, как бы это выглядело.
Пуля вытесняет из ствола воздух только в одном направлении, но он нагрет, давление в нем выше, чем в воздухе окружающем, и, как имеют обыкновение делать все газы, «ствольный» воздух по выходе «на волю» начинает перетекать в области с более низким, чем в нем, давлением. Из-за растекания (это – не что иное, как все та же «разгрузка»), на теневом снимке видно некое подобие усеченного конуса с выпуклым дном; он состоит из турбулентного газа: высота его пропорциональна поступательной скорости газа, а основание – скорости его растекания в радиальных направлениях. А вот форма ударной волны, сформированной газовым потоком… даже на небольшом расстоянии от ствола весьма напоминает сферическую. Диаметр отверстия, из которого истекает воздух – характерный размер источника возмущения – можно оценить: это размер линии пересечения газового конуса с дульным срезом ствола. Сколько характерных размеров источника возмущения уложится на расстоянии, пройдя которое волна уже мало отличается от сферической? Десяток? Меньше сотни – заведомо!
Ну, а теперь вернемся к рис. 3.28 и прикинем, каков характерный размер боевого блока. Пусть – метр (на самом деле – меньше: всякие там головные зазоры – не в счет). Значит, на выигрыш в плотности энергии ударной волны можно рассчитывать на дистанциях менее сотни метров от подорванного боевого блока. Но в пределах этого радиуса такой боевой блок и без всякой кумуляции гарантированно уничтожит шахту, в которой базируется межконтинентальная баллистическая ракета противника, а много ли существует более стойких к ударной волне целей? На еще больших расстояниях от взрыва источник возмущения будет и вовсе ничтожной, незаметной точкой, «растаскивание» энергии сведет на нет начальную анизотропию поля поражения, сделав невозможной кумуляцию.
Напротив, концентрация энергии в обычной взрывчатке гораздо ближе к значениям, требуемым для поражения целей. Поэтому-то и ее кумуляция эффективна: все происходит на расстояниях, сравнимых с размерами заряда. Усиливает эффект и металлическая облицовка, а вот для ядерной кумуляции она – не помощник: вблизи заряда металл превратится в плазму, а, рекомбинировав – в тот же газ (пар), хотя поначалу и плотный.
…Так что не прославилось ядерное оружие, воплотившись в тучи боеприпасов направленного поражения, не стяжало лавры «снарядов с выемками». Но и не полетели туда-сюда ядерные заряды после Хиросимы и Нагасаки. А потому – стремно стало высокопоставленным подпирать такими аргументами свою заботу о «государственных интересах»…
4. «…ГЛАЗИК ВЫКОЛЮ»!
Из частушки к кинофильму по роману Н. Булгакова «Собачье сердце»
…Говорят, ничего не боятся только пьяные да сумасшедшие. Знавала новейшая история и президента, часто пребывавшего в первом из упомянутых состояний и министра обороны, сиганувшего из окна с «поехавшей крыши». Но не была нажата кнопочка – может, мелковата оказалась для трясущегося пальца, а может, даже и плотно задрапированное сознание противилось, чтобы впечатления от земной жизни завершились ощущениями крепкой встряски от близкого взрыва заглубленного ядерного заряда и легких покалываний по всему телу – вялой и последней реакции организма на очень большую дозу проникающей радиации.
Но грохотать-то вокруг продолжало и без ядерного оружия, а обходились без него потому, что начала постепенно сбываться мечта о волшебной шпаге. Не жалкую сотню ядерно-рентгеновских килоджоулей несла волшебница на острие, а в тысячи раз больше – в обычной взрывчатке, и входила она с таким подарком прямо в дверь того же бункера (рис. 4.1). В море образцов высокоточных боеприпасов можно купаться (рис. 4.2), но я помню об обещании читателю не перегружать книгу перечислением типов и характеристик.
Рис. 4.1. Управляемая ракета «Мейврик» поражает высокозащищенное укрытие
Рис. 4.2. Среди высокоточных боеприпасов. База ВВС США Эглин, 1999
…И алкали многие славы офтальмологов (рис. 4.3): «Патриот может видеть! РЭНТЭК (компания, производящая электронику) сделала его зрячим!» и, под снимком ракеты, устремившейся на перехват – фото большой интегральной схемы, той, что посылает команды на рули, задающие курс, крен и рысканье…
…И забивали баки офтальмологам энтомологи, сооружавшие совсем уж ничтожных нанотехнологических роботов-инсектов (рис. 4.4) – чтобы те, подобно неприличным папарацци, нагло высматривали своими миниатюрными камерами сокровенное, не для чужих глаз предназначенное…
…В популярных изданиях принято приводить бросающиеся в глаза сравнения – чтобы оживить изложение, сделать его более запоминающимся. Не без зависти, цитирую: «Современная электроника в состоянии зарегистрировать электромагнитные волны мощностью еще меньшей той, что развивает муха, поднимаясь в течение ста лет на один сантиметр».
Рис. 4.3.1 Пуск управляемой ракеты MIM-104 зенитно-ракетного комплекса «Патриот»
Рис. 4.4. Робот-разведчик на человеческом пальце
Сложно удержаться от восхищения столь ярким, удачным образом, хотя из него следует и некомплиментарный вывод: всякое устройство имеет пределы работоспособности и, если регистрируемая им в нормальном режиме мощность очень и очень мала, то мощность сигнала, который оно «не вынесет» и выйдет из строя – тоже не слишком велика. Образно говоря – достаточно бросить горстку песка, чтобы крайне патриотически настроенная, но ничего не «видящая» дура, весом более тонны, с обиженным ревом пронеслась мимо, оставив, как напоминание о себе, лишь зловоние сгоревшего топлива. Ну, а механической мухе – не песка, а ничтожной песчинки хватит, чтобы, забыв о постыдных порнографических экзерсисах, хлопнулась неслышно она на спинку и, посучив конвульсивно крылышками из полиэтилентерефталата, затихла навсегда…
В главе 3 уже были упомянуты эффекты воздействия на электронику электромагнитного импульса, генерируемого образованным ядерным взрывом плазмоидом. Но такие экстремальные режимы не являются единственно возможными…
…Обретение радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ) свойств поражающего фактора произошло как в результате создания мощных его источников, так и того, что в электронике на смену лампам, которые невозможно «сжечь», пришла полупроводниковая элементная база с высокой степенью интеграции. Платой за колоссально возросшие при этом функциональные возможности электронной техники стала повышенная уязвимость важнейших полупроводниковых элементов субмикронных размеров к токовым перегрузкам, вызываемым облучением. В результате при действии по целям, в состав которых входят современные электронные средства, радиочастотное электромагнитное излучение (РЧЭМИ) значительно превосходит по энергетической эффективности традиционные ударную волну и осколки. Например, стойкий функциональный отказ крылатой ракеты происходит при воздействии одного из поражающих факторов со следующими значениями плотности энергии (Дж/м2):
– осколки весом не менее одного грамма каждый – 100000;
– воздушная ударная волна – 50000;
– поток РЧЭМИ микросекундной длительности – 1—10.
Повышение степени интеграции, дальнейшая миниатюризация полупроводниковых элементов означают, что такие элементы будут становиться все менее стойкими к токовым перегрузкам. Так что РЧЭМИ – весьма эффективный поражающий фактор, во всяком случае, когда речь идет о целях, в состав которых функционально входит электроника: сама угроза его боевого применения встает на пути миниатюризации – основной тенденции развития электронных средств.
Однако есть у РЧЭМИ и недостатки: его пока не научились накапливать, да и вообще – с хранением не только излучения, а и электромагнитной энергии других видов дело обстоит неблагополучно. Так, например, в заряженном высоковольтном конденсаторе максимальная плотность электрической энергии не превышает десятых долей джоуля на кубический сантиметр, и хранится она недолго; в аккумуляторе плотность энергии повыше, но ее нельзя «извлечь» быстро, скажем – за миллионные доли секунды. Так что энергию надо «доставать» из других «хранилищ» и уж затем преобразовывать ее в электромагнитную; при этом не избежать очень существенных потерь и потому итоговые эффективности электромагнитного и традиционного оружия отличаются не так разительно, как эффективности отдельно взятых поражающих факторов.
«Хорошие» хранилища энергии существуют: это те же взрывчатые вещества. Но если появление электроники привело к качественному скачку в боевых возможностях оружия, то взрывчатые вещества такого скачка за то же время не сделали: «на арену» вышел лишь октоген, превосходящий «сверхвзрывчатку Второй мировой» – гексоген – всего-то на несколько процентов по энергосодержанию. Дело в том, что, в соответствии со вторым началом термодинамики, любая реакция с выделением энергии самопроизвольно протекает всегда (правда, «начало» ничего не сообщает о скорости такой реакции) и ВВ не могут не разлагаться. Иногда продукты разложения ускоряют распад и все заканчивается самовоспламенением и взрывом. Требование стабильности является существенным ограничением и плотность химической энергии в самых мощных современных ВВ не превышает 10000 Дж/куб. см[35]35
Что, однако, на пять порядков больше плотности энергии в конденсаторе и позволяет развить при детонации мощность в многие тераватты)
[Закрыть]. Может быть, и можно синтезировать более мощное вещество, но чувствительность и стойкость его будут такими, что к нему небезопасно станет приближаться.
Современная технология химического производства позволила получить и из ограниченного набора разрешенных к применению ВВ весьма разнообразные взрывчатые материалы. В годы «холодной войны» многие стратегически важные мосты в Западной Европе имели в составе своих «быков» блоки, наполнителем бетона которых служил октоген: марш численно превосходящих советских танковых соединений рассчитывали остановить, не тратя драгоценное время на заложение зарядов, а только устанавливая детонаторы в известные саперам участки опор. Из композиций на основе октогена горячим прессованием получают заряды ВВ с хорошими механическими свойствами (в такой детали можно нарезать метчиком резьбу и она будет «держать» винт). Правда, изготовление пресс-форм сложно и иногда применяют менее энергоемкие литьевые составы. Используя вязкие присадки, можно получить и эластичные (с консистенцией латекса – мягкой резины) и пластические взрывчатые материалы (с консистенцией детского пластилина) – еще менее мощные. К тому же, скорость детонации большинства их не очень стабильна, потому что технологически сложно добиться идеально-однородного перемешивания связки и наполнителя. Создать эластичный состав с высокостабильной скоростью детонации удалось не потому, что компоненты тупо перемешивали часами, а – подбирая характеристики ударного сжатия наполнителя и связки. Если подобрать связку так, что скорость звука в ее веществе будет близка к скорости звука в продуктах детонации наполнителя, то и скорость звука в их смеси не будет зависеть от отклонений в соотношении компонент, а значит, скорость детонации будет постоянна[36]36
Вспомним, что в первой главе было написано про скорость детонации: она равна местной скорости звука в продуктах реакции. Понятно, что связки не должно быть слишком много – иначе детонация может и затухнуть
[Закрыть]. Такая пара была подобрана: нитрат многоатомного спирта и один из видов синтетического каучука. Скорость детонации этого состава меньше 8 км/сек, (у октогена – более 9 км/сек), но создан он не ради получения рекордных параметров взрыва, а для детонационной автоматики, где главное – максимальная стабильность характеристик. Именно такой состав и используется в детонационных разводках ядерных зарядов, описанных в главе 3 и именно использование таких разводок позволило уменьшить диаметр заряда более чем на порядок, в чем можно убедиться, сравнив снимки: «Толстяка», (рис 3.22) и артиллерийского снаряда (рис. 3.18).
Гарантированный срок хранения ВВ – чуть более десятилетия, но фактически взрывчатые свойства сохраняются значительно дольше: даже снаряжение пролежавших более чем полвека в земле боеприпасов (рис. 4.5) демонстрирует образцовое дробление корпуса.
Рис. 4.5. Обнаруженная в середине 90-х годов и уничтоженная подрывом мина к 82-мм миномету, произведенная в 1939 году. Дилетантам ни в коем случае нельзя «оприходовать» и даже трогать такие находки, потому что их взрыватели были взведены при выстрелах и неизвестно, какая малость помешала им сработать. Подобные предметы уничтожают подрывом
Чтобы понять, как из надежно хранимой в ВВ химической энергии получают электромагнитную, необходимо познакомиться с важнейшей физической величиной – магнитным потоком.
Магнитным потоком Ф через данную поверхность называется число линий вектора В (индукции магнитного поля), пересекающих эту поверхность. Если вектор В всюду нормален к поверхности (площадью S) и имеет постоянное значение во всех ее точках, магнитный поток равен Ф = BS. Это определение вполне эквивалентно другому: если в контуре индуктивностью L течет ток I, то магнитный поток в таком контуре равен Ф = IL. Также допустимо, рассматривая магнитный поток в контуре, «преобразовывать» контур, «завивая» его в несколько витков, тогда поток в нем будет равен тройному произведению: индукции поля на площадь витка и на число витков; можно поступить и наоборот, «развернув» витки (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Равенство значений магнитного потока в контуре, состоящем из пары витков и в том же, но «развернутом» контуре. В первом случае магнитный поток равен тройному произведению: индукции магнитного поля на площадь витка и на число витков; во втором – той же индукции на общую площадь контура, равной удвоенной площади одного витка
В сверхпроводник внешнее магнитное поле не проникает, в вакууме распространяется со скоростью света, а в проводниках – значительно медленнее: за микросекунду оно проникает, например, в медь на глубину в десятки микрон (характерная скорость – всего лишь десятки метров в секунду). Глубина проникновения поля в проводник называется скин-слоем, и зависит она, помимо проводимости, от частоты тока или от длительности импульса переменного во времени поля.
Распределение индукции поля по толщине скин-слоя неравномерно (описывается уравнением диффузии), но в любом случае такое поле уже «связано» и не может участвовать в быстропротекающих процессах, сопровождающих преобразование электромагнитной энергии. Из рис. 4.6 ясно, что, при прочих равных условиях, потери такого рода тем больше, чем на большей длине провода (или числе витков) происходит диффузия поля. В конечном итоге энергия «потерянного» поля превращается в тепло, вызывая нагрев металла провода вихревыми токами. Так что, если задумано сжать магнитный поток, «стянув» контур и получить при этом многочисленные дивиденды в виде усиления тока и магнитной энергии, надо стягивать контур столь быстро, чтобы существенная часть начального потока в нем сохранилась.
Из определения потока следуют выражения для усиления тока:
I = I0(L0/L)λ2; и магнитной энергии: Е = Е0(L0/L)λ, где подстрочные символы относятся к начальным значениям, а λ, – та доля потока, которую удалось сохранить (коэффициент сохранения).
Итак, подытожим. В контурах из сверхпроводника поток сохраняется полностью; если контур образован обычными проводниками – поток «утекает» сравнительно медленно, диффундируя в них; если в контуре есть разрыв – поток «улетучивается» мгновенно, со скоростью света. Величина тока неразрывно связана с индукцией магнитного поля, создаваемого этим током, а эта связь влечет за собой и другую – магнитного потока с магнитным моментом. Модуль последней величины равен произведению площади, охватываемой контуром, на ток в нем (М = IS). Значение же ее в том, что именно второй производной магнитного момента по времени пропорциональна мощность электромагнитного излучения. Связь магнитного потока и магнитного момента приводит к тому, что для контура, в котором магнитный поток изменяется несущественно, не может значительно меняться и магнитный момент, а значит, даже если магнитная энергия в контуре очень велика, излучение пренебрежимо (магнитное поле квазистационарно). Когда же требуется получить именно излучение, магнитный поток стараются «выпустить»[37]37
Несохранение потока – необходимое, но отнюдь не достаточное условие генерации излучения. Так, можно сжимать лайнер нарочито медленно, используя для этого не мощное ВВ, а тот же черный порох. В этом случае почти весь поток диффундирует в металл лайнера, но магнитный момент все равно будет меняться столь медленно, что его вторая производная, а значит, и излучаемая мощность, будут ничтожны
[Закрыть], например – избавившись от сверхпроводимости, как только ток в контуре из сверхпроводника достиг существенного значения. «Вызволение» потока не всегда проходит безнаказанно: в юном возрасте Андрей Дмитриевич Сахаров как-то отключил руками батарейку от игрушечного электромотора. Напряжение батарейки мало, но, из-за большого числа витков обмотки, магнитный поток (произведение тока на индуктивность) был заметным. По закону электромагнитной индукции (вспомним школьный курс физики!) изменение потока индуцирует в контуре ЭДС, направленную так, чтобы этому изменению воспрепятствовать. Вот и при отключении электромотора, возникла ЭДС, «старавшаяся» не допустить уменьшения тока в его обмотке и равная отношению величины подвергнутого остракизму[38]38
От греческого «остракон» – черепок. В древней Греции изгнание граждан, опасных для государства, происходило после тайного голосования, в ходе которого имя кандидата на изгнание писалось на черепках
[Закрыть] потока ко времени, за которое произошел разрыв. Эта ЭДС и «дернула» естествоиспытателя.
Ну, а позже Андрей Дмитриевич и американец Макс Фаулер прославились изобретением устройств для преобразования энергии взрыва в электромагнитную: взрывомагнитных или магнитокумулятивных генераторов.
