Сразу говорю, массу мелких электронных, механических и химических тонкостей, предшествующих непосредственно ядерному взрыву первой ступени (типа работы делительной сети, механизма бустирования и имплозии ядра первой ступени и его поджига, всяческим толкателям, быстрым и медленным ВВ, фазовым переходам путониевого ядра первой ступени, и.т.д., и.т.п.) - в данном расмотрении опускаем и начинаем интересоваться процессом с того момента, когда ИНИ заплюнул в это самое уже забустированное ядро, находящееся в фазе полуобжатия свой триллион нейтронов.
Что там начинает происходить? Ессно, реакция деления, на элементарный акт выделяющая что-то в районе 202 МЭв, из которых примерно 170 - уходит в энергию осколков, и примерно по 5 МЭв уносится гамма-излучением и двумя или тремя нейтрончиками. Остаток приходится на нейтрино (примерно 11 МЭв), сброс возбуждения осколков (гамма, в районе 6 МЭв, через мелкие микросеунды после самого акта) и наиболее быстрые бета-распады осколков (ещё 7 МЭв). От нейтрино и осколков нам толку достаточно мало, ибо нейтрино улетают нафиг (и при этом те из них, которые пролетают сквозь весь земной шар - имеют вероятность поглотиться им что-то в районе 0,01% (сечение поглощения для такой энергии - единицы пикобарн, т.е. минимум на двенадцать порядков меньше, чем, например, сечение деления для того же плутония)), и поэтому никаких видимых эффектов не производят, а осколки - летят крайне медленно (от силы - пару-тройку сантиметров в микросекунду).
Гамму мы рассмотрим чуть позже, а вот поведение нейтронов на разных фазах взрыва - прям чичаз. Для нейтронов таких энергий вероятность быть съеденными ядром плутония (и, соответственно, вызвать его деление) на сантиметр пути - примерно пропорциональна квадрату плотности вещества. И пока произведение этой вероятности на средний пробег нейтронов в плутонии больше единицы (т.е. наружу убегает сравнительно мало нейтронов, в основном они идут на деление) - то реакция разгоняется, как только стало меньше - затухает (и нейтроны в большинстве своём благополучно вылетают наружу).
Итого, что мы имеем "по итогам" подрыва первой ступени?
1) Поток нейтронов с энергией в среднем 2 МЭВа на рыло, уносящий примерно 2-3% энергии и 0,5-0,7% массы той части заряда, что поучаствовала в процессе реакции деления. Причём - поток этот неравномерен по времени, и основной его пик - приходится на момент погасания реакции.
2) Поток достаточно жёсткой гаммы, неким не интересуюшим нас образом распределённый по времени (в смысле, интересует нас только тот факт, что он становится значимым уже с самых первых наносекунд работы первой ступени).
3) Сравнительно компактное и о-очень м-ме-едленно расползающееся облако осколков, которе пытается "нести свет и тепло" (ц) всей окружающей среде, до которой может дотянуться.
А теперь - "переходим к водородным процедурам" (почти (ц)... ).
Итак, первая ступень взорвалась, её останки м-м-ме-е-едленно расползаются (и уже проползли целых ...надцать миллиметров), но вылетевшая из неё гамма уже долетела до спокойно лежавшей рядом второй ступени и начала в ней поглощаться. А поглощается веществом гамма таких энергий "при прочих равных" пропорционально Z2, то есть квадрату заряда ядра (почему так, в каком диапазоне энергий это справедливо и какие от этого закона бывают отклонения "вверху" и "внизу" - эт всё "по запросу", ибо тема отдельная и оч объёмистая, либо - самостоятельно читать Мухина и Широкова-Юдина (для жаждущих - могу выложить)), или говоря школьным языком - номеру элемента в периодической таблице. Так вот, у дейтерия/трития - этот номер равен единице, у гелия - двум, у лития-6 - аж целым трём. А у урана, из которого сделана и оболочка второй ступени и дополнительные имплозеры - немножко так девяноста двум. То бишь, при даже равной плотности (а и у дейтерида лития и у криогенной дейтерий-тритиевой смеси - и она эдак на порядок меньше) поглощение в урановой оболочке будет эдак раз в ...сот больше, чем в самом теле заряда. То есть, эффект будет тот же, как если сунуть в микроволновку тарелку с рисунком из проводящей краски: тарелка - холодная, а краска - горит, с искрами, вонью и колотым от термических напряжений фарфором... То бишь, дейтерид лития (дальше для определённости теллерову "сосиску" не трогаем и рассматриваем исключительно "сухой" заряд) - холодный, а уран - сожрал энергию, на пару-тройку порядков превышающую внутреннюю энергию химической взрывчатки и...
Поскольку закон сохранения не дремлет, единственное, что ему после этого остаётся - испариться, ионизироваться и стать плазмой. Причём, поскольку происходит это в чрезвычайно короткие промежутки времени - разлететься он не успевает, а так и существует в виде сильно перегретой и обжатой плазмы, точь в точь как останки какой-нить химической взрывчатки в момент сразу же после прохождения по ней фронта детонационной волны. Ну а дальше - соответственно начинает вести себя точно так же, как и оная взрывчатка, разве что с поправкой на существенно больший энергозапас. А именно - расширяться, и, поскольку он находится вокруг дейтерида лития - обжимать его. И именно этот процесс и называется радиационной имплозией (взрывным обжатием, если по русски и не одним словом).
И в этот момент - до заряда долетает струя нейтронов от первой ступени (вспоминаем, что они во первых, в отличии от гамма-квантов, летать со скоростью света не умеют (ибо имеют ненулевую массу покоя) а во вторых - пик их выделения приходится на чутка позже), и начинает колоть литий-6 (из соединения которого с дейтерием вторая ступень в основном и состоит) на альфа-частицу и ядро трития и передавать им свою энергию. Поскольку той энергии явно больше, чем 100 КЭв - то начинается термоядерная реакция, в которой из дейтерия и трития получается опять-таки альфа-частица, нейтрон и 17 МЭв с мелочью энергии. Нейтрон, ессно тут же приступает к полностью аналогичной работе, а альфа-частицы - начинают "нести свет и тепло" (пока - в основом в окружающий дейтерид лития, нагревая его до тех примерно 1,1 МЭв, когда становится возможной реакция D+D, в результате которой порождается гелий-3 и опять-таки нейтрон, а также прямое слияние лития-6 с дейтерием, в результате которого порождаются две альфа-частицы и 22 МЭв энергии).
"В нулевом приближении" на этом работа второй ступени и заканчивается (хотя теоретически существует масса весьма интересных "рюшечек и бантиков", типа возможности подмешать в смесюгу чутка бериллия (дабы поиметь за счёт реакции срыва дополнительные нейтроны) или неполного удаления лития-7 (который колется высокоэнергетичными нейронами на тритий и гелий-4, а нейтрон теряет 2,4 МЭв и летит колоть следующее ядро...), возможности инициировать в имплозирующем урановом слое "реакцию Джекила-Хайда" (деление урана-238 нейтронами с энергиями свыше 1,1 МЭв), и.т.д., и.т.п...), то бишь, рано или поздно некая ненулевая часть заряда превращается в гелий, выжившие в этой каше нейтроны - разлетаются в разные стороны, а облако останков - начинает "нести свет и тепло" (при этом - в основном - за счёт кинетической энергии нейтронов, протонов и альфа-частиц).
Энергия, выделяющаяся в единичном акте D+D составляет что-то в районе 4 с мелочью МЭв на акт, а в сильно более легко загорающейся D+T - чутка более 17 МЭв, причём и в том и в другом случае можно считать, что процентов 80 энергии - уносится нейтроном, а масса нейтронов на выходе - составляет процентов 20 от массы прореагировавшей реакционной смеси (ну, минус те нейтроны, что съелись на промежуточных этапах... один чёрт - как минимум на порядок больше, чем "делительные" 0,5% массы и 3% энергии .., ). Ну и соответственно, средняя энергия вылетающего нейтрона - уже не 2 МЭв как при делении, а в районе 14 с мелочью при реакции D+T и 2,5 МЭв при D+D.
Итого, по итогам подрыва второй ступени мы имеем:
1) Мощный поток нейтронов с энергией 14 МЭв, причём - в количествах сильно бОльших, чем генерит первая ступень.
2) Сильно меньшую (по крайней мере, на единицу веса), чем от первой ступени гамму (возникающую в результате вступления в реакцию урановых деталей второй ступени, а также - в результате торможения альфа-частиц друг об друга и прочих диссипативных процессов (правда, эта гамма - сильно ближе к рентгену).
3) Всё то же облако осколков, стремящееся "принести свет и тепло" (правда, с сильно меньшим средним атомным весом и, соответственно, количеством пачкающих изотопов).
Ну ладно, наши законные десятки-сотни наносекунд, отведённые на собсно взрыв наукой физикой - прошли, всё, что успело - поделилось/синтезировалось, что потяжелее и позаряженнее - осталось в центре и пытается светиться, а лёгкое и незаряженное (нейтроны и гамма) - начало разбегаться по ближайшей округе. То бишь, "третий акт балетной сказки, наступил момент развязки" (ц), и мы переходим к самому интересному, а именно - к формированию того самого огненного шара, активации всего, до чего можем дотянуться, а также к механизмам возникновения прочих вторичных поражающих факторов ядерного взрыва (начиная от ударной и световой волн и кончая ЭМИ).
И тут наступает широчайший простор для всяческих тактических извращений, целью которых является перераспределение выделившейся энергии между различными каналами воздействия на цель (теми самыми "поражающими факторами"). Если на первых двух стадиях мы чисто конструкторскими мерами могли разве что слегка уменьшить/увеличить удельный выход нейтронов и количество радиоактивных изотопов, которое оставалось в результате взрыва (например, надеть на всё это дело какой-нить отражатель нейтронов (чтобы задержать бегство нейтронов и, соответственно, уменьшить не только критмассу, но и вторичную активацию) или наоборот, относительно легко активируемую кобальтовую рубашку (чтобы засрать окружающую среду до полной непригодности к жизни)), то грамотным тактическим применением одного и того же заряда мы можем достичь куда более впечатляющих вариаций.
Так что начинаем задаваться вопросом, за что ответственна гамма и что мы с неё можем поиметь кроме "света и тепла", а чего от неё добиваться - и пробовать не стоит?
Ну, прежде всего, что-нить вторично активировать при помощи гаммы - дело достаточно тухлое, потому как всяческие фотоядерные реакции, которые происходят при попадании гамма-кванта в ядро - во первых имеют достаточно малое сечение, а во вторых - существенно резонансный характер (то бишь - оч узкую полосу пригодных для этого энергий: ядро слишком "разборчиво", и если не может съесть гамма-квант целиком - не ест его вообще. Безусловно, рекорд узости линий, поставленный эффектом Мёссбауэра в железе-57 (относительная ширина линии - 10-15) при этом не достигается, но даже если срезать с него порядков эдак шесть - всё равно, "годных" гамма-квантов для каждой реакции будет какие-то миллионные-миллиардные процента).
Так что основной метод сброса энергии для гамма-квантов - это комптон-эффект для более-менее высоких энергий и фотоионизация для энергий более низких (когда через комптон будет растрачена подавляющая доля энергиии, и мы попадём из гаммы куда-нить в рентген). И в том и в другом случае "на выходе" мы получаем некоторое количество ионов и струю электронов, летящих примерно в том же направлении, куда летел первоначальный гамма-квант (по крайней мере, в самые первые моменты после его пролёта). Если поток гамма-квантов более-менее плотный - то достаточно большое число атомов, встретившихся на пути этого потока ионизируются. А как мы называем такое состояние вещества, где существенная часть атомов ионизирована? Правильно, в физике - "плазма", а в быту - "огонь" (он, хоть и оч низкотемпературная - но всё-таки плазма).
То бишь, если плотность поглощающего гамму вещества будет достаточно высокой, и если отвлечься от всяческих плазменных штучек - имеем тот самый "огненный шар". И, в отличии от общераспространённого мнения, первоначально формируется он не только и не столько за счёт энергии первоначальных осколков (надеюсь, Вы не считаете, что масса ошмётков от силы в тонну весом, оставшаяся на месте сработавшей БЧ за какие-то максмум десятки миллисекунд разлетится на километр и равномерно перемешается с миллионами тонн воздуха (один кубический километр воздуха - это 1,3 млн.т. при н.у., а шарик радиусом в этот один километр - соответственно 5 с мелочью миллионов тонн), прогревая его до свечения? ), а первоначально и в основном - именно за счёт гаммы/рентгена взрыва. И первоначальный радиус его определяется не скоростью разбегания и остывания первоначальных ошмётков, а равен тому расстоянию, на котором гамма ещё способна прогреть окружающий воздух до свечения, а температура поверхности шарика в этот момент практически равна температуре поверхности Солнца, то бишь - 5-6 килокельвинам (это называется "радиационный этап расширения"). Дальше ошмётки бомбы всё-таки начинают разлетаться и перемешиваться с плазмой, образовавшейся под действием гаммы, сама эта плазма - тоже стремится расшириться, и в результате всё это дело начинает а) раздуваться и б) остывать, ионизация - спадать (и, соответственно - повышаться прозрачность огненного шара для ЭМ излучения. Рано или поздно - наступает момент, когда излучение "отклеивается" от вещества, т.е. кванты света/УФ/рентгена, испущенные внутренностями шарика могут не поглотившись/переизлучившись вылететь наружу. Температура поверхности шарика при этом составляет примерно три килокельвина (снижается вдвое за счёт адиабатического расширения и сброса энергии на образование ударной волны), и называется это "ударная фаза расширения". За неё шарик успевает разрастись ещё примерно вдвое. Радиационная фаза длится от пятидесяти микросекунд до десятков миллисекунд (в зависимости от мощности БЧ меняется диаметр шара, и ошмёткам требуется разное время, чтобы добраться до его поверхности), ударная - единицы секунд (в случае мегатонного заряда - примерно секунд 7-10), причём максимальный радиус шара достигается задолго до её окончания (в случае той же мегатонны - секунды через полторы), и если прикидывать его с точностью плюс-минус вдвое (т.е. опустить "инженерные тонкости" и ориентироваться только на мощность заряда), то составляет он примерно один километр на корень кубический из эквивалента в мегатоннах, т.е. для мегатонны- где-то в районе километра, для "Царь-бомбы" - 3,5 км. (почему её, собсно на четырёх камэ и рвали... )) (диаметр, соответственно - вдвое, т.е. для мегатонны - порядка двух камэ, для "Ивана" - порядка семи... ). В процессе прохождения ударной фазы шарик излучает примерно 80% накопленной в нём энергии, а остальные 20% - излучаются уже в процессе его схлопывания и образования "гриба" (занимает это от одной до нескольких минут), и по сравнению с предыдущими фазами - вполне безопасны...
Кстати, именно поэтому световой импульс атмосферного подрыва имеет так любимый всяческими спутниками "двузубый" характер: первый оч острый и резкий пичок (причём - уходящий едва ли не в рентген) даёт нам радиационная фаза, а второй, сильно более пологий и длительный пик (но зато - и более яркий, так как излучающая площадь больше порядков на несколько... ) - даёт нам фаза ударная (причём, в отличии от первого - в нём большинство энергии излучается в видимом и ИК спектре ( >99% от общего энерговыделения ), и за пожары на окружающей территории ответственнен именно он).
Ну и, соответственно где резкий нагрев - там и ударная волна. А поскольку конфигурация взрыва - оч похожа на на таковую же в случае ОДАБ (большой объём газов, одновременно прогреваемый и синхронно охлаждающийся) - то имеем и похожую ударную волну: слабо затухающую с расстоянием (ввиду больших линейных размеров источника), и имеющую значительную минус-компоненту (зону разрежения сразу за фронтом волны). И радиус поражения такой волной "при прочих равных" - меняется точно так же, как диаметр огненного шара: пропорционально корню кубическому из эквивалента подорванного ЯЗ.
Тык-с.. А что мы можем сделать с плотностью окружающей среды? Ну, например, - уменьшить её как можно сильнее. Как? Да не вопрос: например, переехать с СИП на РИП (КапЯр то бишь) и выпулить наше изделие туда, куда воздух забыли завезти (т.е. минимум - в верхние слои мезосферы, а максимум - куда-нить в термосферу). Что поимеем в результате?
Ну, во первых, практически полное отсутствие ударной и световой волн. Потому как гамма, как и прочий свет, при удалении от источника слабеет обратно пропорционально квадрату расстояния, и к тому моменту, когда она таки доберётся до более-менее плотного воздуха - прогреть его до свечения ей банально не хватит сил. Что мы с этого имеем ещё? Во первых и очевидных - сильно более хреновую обнаружимость такого взрыва соответствующими спутниками (оч кратковременный пичок, причём бОльшая его часть лежит выше видимого спектра, где-то начиная от жёсткого УФ и до жёсткого рентгена/мягкой вторичной гаммы), а во вторых и в не очень очевидных - те самые "плазменные штучки", от которых мы временно абстрагировались, а именно - что при плотности воздуха ниже некоторой критической - вышибленные из атомов электроны вместо того, чтобы рекомбинировать обратно и высветить энергию в видимом свете - улетают в том направлении, куда первоначально двигались гамма-кванты. А как называется орава электронов, летящих примерно в одном направлении? Правильно, импульс электрического тока... А чему там нас Максвелл учит со своими уравнениями? А тому, что такой импульс - порождает вокруг себя соответствующую электромагнитную волну, которая улетает от точки возникновения и наводит во всех встречающихся на пути проводниках ЭДС индукции. От чего эти проводники (если волна достаточно мощная) имеют свойство плавиться, диэлектрики, их окружающие - пробиваться, а приборы, их содержащие - разнообразными способами портиться... То бишь - имеем не что иное, как ЭМИ (электромагнитный импульс). При серьёзных плотностях окружающего газа электроны далеко не улетают, и поэтому он практически не заметен, но у нас их ничего не держит, и разворачивается он во всей своей неприглядности, и хреначит все незащищённые электроприборы в радиусе километров трёхсот-пятисот как минимум (против пары десятков, которые нам даст мегатонный взрыв в тропосфере).
Так... А если плотность наоборот увеличить (например, быро-быро закопать наш заряд в грунт, хотя бы методом втыкания с хорошего разбега лбом в бетонную плиту, как в бетонобойных бонбах принято)? Ну, наверное, будет примерно то же, что и с урановыми элементами второй ступени (то есть, любые материальные тела, находящиеся рядом с боеголовкой - поведут себя как только что подорванная химическая взрывчатка). И хоть у них "зет квадрат" будет и поменьше, но рванут они всё равно достаточно эффективно, а именно - на глубине камуфлетного взрыва примерно треть общей энергии пойдёт на выкидывание прикрывающего заряд грунта куда-нить подальше, треть - на образование сейсмоволны (причём самой для всяческих подземных и наземных сооружений подлючей: с неслабым горизонтальным сдвигом, который бункера плющит, а фундаменты - срезает), а остальная треть - на плавление грунта. При этом на загрязнение окружающей среды пойдёт всего 5-6%, в основном унесённых нейтронами (да и то - практически все эти загрязнения вплавятся в остеклованный грунт и самовольно бегать по округе не будут).
Итого, что мы имеем с гуся гаммы?
- При низкой плотности среды (космос/мезосфера) - плазменные эффекты, в итоге кончающиеся ЭМИ, кончающим всю электронику, до которой ему удаётся добраться.
- При воздушном взрыве - огненный шар переменных размеров, которые примерно пропорциональны корню кубическому из эквивалента, пожары и ударную волну.
- При подземном взрыве - сейсмоволну, выброс относительно чистого грунта, лужу радиоактивной лавы на дне кратера.
- При наземном взрыве - нечто non pro vagina, non pro exercitus rubellum, то бишь и сейсмоволну испортили (основная компонента в той части, что у поверхности идёт - стала вертикальной, значительно менее опасной), и территорию толком не прожарили (слишком низко, угол падения света - как в полярный день, то бишь, "светит, но не греет"), и ударная волна в приземном слое - сильно хуже каКчеством (потому как тот же угол падения и минус половина энергии вдобавок). Да и засрали всё вокруг по максимуму.
Автор: незабвенный Мимохожий.
откуда - правильно - с Глобальной Авантюры!
