Александр Прищепенко - ШЕЛЕСТ ГРАНАТЫ
Опыты начались в подмосковном Красноармейске с первых недель 1983 года. Спешки не было, в педелю проводили один – два эксперимента. Академию Жуковского представлял адъюнкт Горбачий. Ток через петлю был небольшим (менее сотни ампер). Излучение от «замагниченного» объемного взрыва измеряли рупорными антеннами и результат был предсказуем: интегральная мощность порядка киловатта, время генерации – микросекунды. Организаторы сессии признавали, что этого недостаточно, но считали, что обоснование дальнейшего финансирования работ такой результат обеспечит.
Перерывы в опытах дали возможность обдумать ситуацию. Плазма объемного взрыва выполняла роль конвертера (преобразователя) энергии. Магнитное поле «закручивало 9* » электроны этой плазмы, а любое движение, отличное от равномерно-прямолинейного есть движение с ускорением. По законам электродинамики, движущийся с ускорением заряд излучает. Опыт расчетов концентрации зарядов в ударно-сжатом (в данном случае – детонирующем) газе теперь имелся. Концентрацию эту не имело смысла повышать: поглощение плазмой ею же эмитированного излучения было и без того существенным, излучение «выпускал» лишь приповерхностный слой детонирующего облака. Повышение же напряженности магнитного поля «уводило 10* » спектр генерируемого излучения из радиочастотной области в бесполезную тепловую. Словом, в каком виде пи «закачивай» энергию в облако – преобразовывало оно ее в излучение тем хуже, чем больше получало. От такого «конвертера» стоило избавиться.
Однако сам по себе МГД генератор излучателем служить не мог – для этого магнитное поле в нем менялось медленно, да и генерируемые токи не были велики. Я слышал о том, что эксперименты по преобразованию в излучение энергии очень больших токов, проводились: к ВМГ подключали взрывной трансформатор, нагрузкой которого служила огромная антенна. Тогда мне не было известно о конструкции этих трансформаторов, их я увидел много позже, работая в Арзамасе-16 – научном центре, где были созданы первые образцы советского ядерного оружия.
Трудно получить большие токи, но, если уж это исполнено, то и разомкнуть «сильноточный» контур тоже непросто. Возможно, у некоторых читателей есть опыт, подобный полученному юным Сахаровым, отключившим руками батарейку от игрушечного электромотора: Адя ощутил довольно сильный удар тока. Дело в том, что, если в контуре создан магнитный поток (равный произведению тока на индуктивность обмотки электромотора), то по закону электромагнитной индукции изменение потока индуцирует в контуре ЭДС, направленную так, чтобы этому изменению воспрепятствовать. В частности, на разрыве индуцируется ЭДС, равная отношению величины подвергнутого остракизму 11* потока ко времени, за которое произошел разрыв.
В Арзамасе-16, используя детонацию заряда взрывчатого вещества, «разрывали» контур, когда протекающий через него ток достигал очень больших значений. Генерируемое при разрыве напряжение (до миллиона вольт) подавалось на антенну. Пока газы взрыва (окислы углерода и азота), сжатые до огромных (граммы на кубический сантиметр) плотностей, еще не разлетелись, они хорошо изолировали разрыв. Несмотря на неслыханные ранее в радиотехнике значения напряжений на антенне, эти опыты не были сочтены успешными, быть может, из-за того, что характерные длительности получаемых импульсов напряжения были, все же великоваты (десятые доли микросекунды) и основная энергия реализовалась в не слишком актуальном для применения диапазоне длин волн (сотни метров); циклопическими были и размеры антенны.
Что же касается собственно ВМГ, то по меркам электродинамики генерируемое им магнитное поле квазистационарно (как бы – постоянно). В имплозивном 12* ВМГ (ИВМГ, рис. 4.22), через катушку 2, свитую из множества параллельно соединенных между собой проводков, пропускался ток от разряда конденсатора 1. Когда этот ток был близок к максимуму, срабатывала цилиндрическая детонационная разводка 3. Принцип ее действия -точно такой же, как и у описанной в главе 2 сферической детонационной разводки, но, конечно, в производстве цилиндрическая разводка проще и дешевле; из рисунка видно, какими элементами она образована. Срабатывание разводки инициировало сходящуюся детонационную волну в кольце мощного взрывчатого вещества 4. Детонация сдавливала витки катушки 2, изоляция между проводками при этом перемыкалась и далее взрывом сжималась трубка из металла (называемая лайнером). С замыканием витков, аксиальное магнитное поле, созданное разрядом конденсатора, оказывалось окруженным металлическим лайнером, чей радиус уменьшался под давлением газов взрыва (рис. 4.23).
9* Конечно, «закрутка» была не полной. Траектории лишь искривлялись, пока длился свободный пробег частиц между столкновениями. Движение частиц в магнитном поле не сопровождается возрастанием их кинетической энергии
10* Чем «сильнее» поле, тем меньше радиусы траекторий «закручиваемых» частиц, а длины излучаемых волн близки к значениям этих радиусов
11* 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
12* Имплозивный – движимый имплозией, то есть – «взрывом, направленным внутрь». Считается, что термин введен в обращение американскими учеными, занимавшимися разработкой ядерного оружия, но автору удалось обнаружить его в книге А. Штеттбахера, изданной еще в 1936 г. Там этот термин описывает схлопывание газов в область разрежения (пример такого процесса- лопнувший кинескоп телевизора)
Рис. 4.22. Схема имплозивного взрывомагнитного генератора (ИВМГ)
В вакууме магнитное поле 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). Поле просто не успевает «уйти» в металл, поэтому сжимаемый взрывом лайнер сжимает и магнитное поле внутри себя. Магнитный поток, ранее представленный как произведение тока на индуктивность, можно представить и как произведение индукции магнитного поля внутри катушки на площадь сечения катушки, пронизываемую силовыми линиями этого ноля. Если в лайнере нет разрывов, то, при условии сохранения большей части потока, индукция магнитного поля внутри лайнера «вынуждена» возрастать, чтобы компенсировать убывание площади его сечения. При этом давление магнитного поля изнутри лайнера препятствует сжатию (иногда говорят – «компрессии»), но, конечно, вначале оно уступает давлению взрыва. Работа, совершаемая взрывом против пондерромоторных сил поля и приводит к «перекачке» энергии взрыва в энергию поля. Давление магнитного поля возрастает очень быстро: площадь сечения сжимаемого к оси лайнера убывает обратно пропорционально квадрату радиуса, а значит, в той же пропорции возрастает индукция поля; для давления же эта зависимость еще сильнее – оно пропорционально квадрату индукции, то есть четвертой степени радиуса лайнера! Закон возрастания давления гидродинамических сил в веществе лайнера при его схлопывании куда слабее – всего лишь обратно пропорционален логарифму радиуса. Из этого следует, что, при идеальном сжатии, магнитное поле, пусть даже очень слабое вначале, всегда станет сильнее взрыва и остановит движение лайнера к оси. Таким образом, именно тогда, когда поле близко к максимуму, движение лайнера замедляется и поле тоже меняется медленно: физическая природа процесса сжатия поля в ИВМГ, определяемая конкуренцией сил взрыва и магнитного поля, противодействует быстрому изменению поля во времени.
