Александр Прищепенко - Огонь! Об оружии и боеприпасах
Очень не хотелось терять результаты напряженного труда: были предложены устройства, где система энергообеспечения была полностью заимствовании от ЦУВИ, но вместо монокристалла на оси катушки располагался излучатель другого типа (о таких попытках — немного позже). К счастью, к этому времени процесс магнитной кумуляции в монокристалле был изучен теоретически, причем не только для цилиндрической геометрии сжатия, но и для более эффективного, сферического варианта. Из расчетов следовало не только то, что эмиссия РЧЭМИ весьма чувствительна к начальным параметрам сжатия, была выявлена и другая зависимость: чем мощнее ударная волна, тем меньшая начальная индукция магнитного поля соответствует оптимальному режиму излучения. Значит, если максимально форсировать возрастание давления в ударной волне, то для существенного излучения могли оказаться достаточными и значения начальной индукции, создаваемые системой постоянных магнитов, что предельно упростило бы устройство. Быстрее всего давление и другие параметры возрастают в сферически-симметричной ударной волне. Оценки показали, что диаметр заряда должен быть менее дециметра, а значит, требовался сферический детонационный распределитель соответствующего размера — такой надо было создавать заново, потому что все распределители для ядерных зарядов были больше.
9 сентября 1993 г. была впервые испытана сборка Е-35 (рис. 4.33) — ударно-волновой излучатель, сферический — УВИС.
Рис. 4.33. Ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС)В УВИС заряд взрывчатого вещества с рабочим телом 1 размещается внутри детонационного распределителя 2 — шарового слоя из поликарбоната — уменьшенной копии важной детали ядерного заряда. Плотность точек инициирования на заряде УВИС больше, чем на поверхности ядерного заряда, поскольку диаметр излучателя намного меньше, чем плутониевой сборки. Поэтому разводку в УВИС иногда делают «двухэтажной» — верхний «этаж», с меньшим числом точек инициирования, размещается над основной разводкой и возбуждает детонацию в узловых точках последней, а та — в заряде. Внутри заряда — шарового слоя мощного взрывчатого состава на основе октогена — устанавливается шар, выточенный из монокристалла.
Вокруг шара собирается магнитная система. В ее основе — два постоянных магнита, от которых к монокристаллу идут два усеченных конуса 3 из магнитно-мягкой стали, «собирающие» поле постоянных магнитов в область, занятую рабочим телом. Сохранению потока, создаваемого магнитами, служат и магнитопроводы 4. Кристалл устанавливается в центре системы так, чтобы его главная ось совпадала с направлением магнитного поля, иначе различия в свойствах вдоль других осей могут нарушить симметрию сжатия.
Но вот устройство собрано. Сработал детонатор. Со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, многократно разветвляясь, разбегаются по каналам, одновременно ныряют в десятки отверстий и инициируют сферическую детонацию с давлением в полмиллиона атмосфер. Достигнув поверхности шара из иодида цезия, волна детонации формирует в нем ударную волну, причем, поскольку импеданс монокристалла больше, чем газов взрыва, давление на его поверхности увеличивается, превышая миллион атмосфер. Сферическая ударная волна мчится к центру со скоростью более 10 км/с, сжимая магнитное поле и оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую как металл жидкую мешанину из плазмы йода и цезия В конечной фазе отношение размера области сжатия к начальному значению радиуса монокристалла — менее одной тысячной. Сохранись при сжатии весь поток — и энергия магнитного поля могла бы возрасти при этом в триллион (миллион миллионов) раз! Но на самом деле, и при цилиндрической и при сферической магнитной кумуляции в монокристалле сжимается лишь мизерная часть поля, а остальное — «выбрасывается» за фронт ударной волны.
Если заряд собран правильно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно; скачком и очень существенно изменится магнитный момент области сжатия, что и приведет к генерации импульса РЧЭМИ. За доли наносекунды поле меняется, конечно же, не по закону синуса с периодом равным времени сжатия-разрежения, а более резко, а это значит, что в функции, описывающей его изменение, существенны вклады многих частот. Спектр излучения, приведенный на рис. 4.34 может вызвать и недоумение: для какой частоты выход РЧЭМИ максимален, и что это за единицы — «джоули на герц»? Джоули на герц — единицы спектральной плотности энергии, ими пользуются, когда описывают непрерывные спектры излучения (континуумы) в которых присутствует огромное число частот. Проинтегрируем график численно в пределах заинтересовавшего нас диапазона — получим привычные джоули, причем тем больше, чем в более высокочастотном диапазоне ведется интегрирование. Частоты же берутся вот откуда.
Рис. 4.34. Частотно-энергетическое распределение (спектр) излучения УВИС…Представим, что, находясь в уличной «пробке», мы плавно тронули свою машину и притормозили у стоящей впереди. В следующий раз, едва мы сняли ручник, в нас «въехали» сзади; доли секунды — и мы «целуем» стоящую впереди. Как пройденные расстояния, так и времена движения в обоих случаях близки, но ваш организм подсказывает, что в элементах движения имелись и отличия: в последнем случае он сначала «ускорился», как от сильного пинка, потом — парил, блаженствуя, и, наконец — «замедлился», как бы упав. Подсознательно сложное движение представлено, как сумма более простых. Это и есть задача гармонического анализа, основы которого заложил французский математик Симон Фурье: любая функция может быть представлена как сумма синусоид (гармоник). Вообще-то можно произвести разложение и в ряд других функций, не синусов, но для расчета эмиссии РЧЭМИ удобны именно они, потому что эта задача для тока синусоидальной формы, протекающего через кольцо, давно решена. Именно на гармониках больших частот («быстрых») и реализуется основной выход излучения.
…Огромное преимущество магнитов — их постоянное во времени поле не нуждается в синхронизации со взрывными процессами и может быть измерено еще до того момента, когда сборку разнесет на мелкие осколки. Средства измерения известны — преобразователи Холла[46]. Однако для работы таких преобразователей необходимы высокостабильные источники питания, а этим последним требуется сеть напряжением 220 В, избавленная от «бросков» — сложная задача для условий высокогорного полигона, где лампочки «мигают» довольно заметно. Запитку датчика Холла сделали «импульсной» от разряда электролитического конденсатора большой (десятки микрофарад) емкости. Заряжается этот конденсатор хоть от даже не совсем «свежих» батареек. На лучи осциллографа выводятся два сигнала (рис. 4.35): один — питающего датчик напряжения, другой — с самого датчика. Для снятия показаний достаточно выбрать на луче питания регламентированное значение напряжения питания датчика и, переведя маркер на другой луч — прочитать значение ЭДС Холла в этот момент времени. Осциллографы всегда пользуются большими «привилегиями» и обеспечиваются электропитанием от стабилизаторов, а в коробочке, где смонтирован прибор, имеется кусочек постоянного магнита — эталон поля.
