объекты Военно-морского флота и создания теории подводного применения атомного оружия. США к тому времени уже провели подводный ядерный взрыв в районе атолла Бикини и еще одно подводное испытание в акватории Тихого океана.
В ходе испытаний 1955 года продолжалась проверка работы зарядов с новыми системами нейтронного инициирования и различными типами левитирующей системы размещения делящихся материалов. По сравнению с исходными зарядами РДС 1951 года к 1955 году удалось добиться уменьшения диаметра ядерных зарядов в три раза, а их массы – более чем в семь раз. В целом это были выдающиеся научно-технические результаты, которые позволили существенно расширить возможности использования ядерных боеприпасов в различных средствах доставки.
2.3. Развитие систем нейтронного инициирования
Развитие систем нейтронного инициирования в СССР и США имело много общего. Исторически первые шаги в этом плане были сделаны в США.
2.3.1. Системы нейтронного инициирования в США
Первым типом системы нейтронного инициирования в ядерных зарядах США был нейтронный источник Urchin (по используемой в СССР терминологии – нейтронный запал (НЗ)). Этот источник представлял собой гетерогенную систему сложной структуры, содержащую изотоп полония Ро-210 и бериллий. При прохождении по этой структуре ударной волны происходило перемешивание полония и бериллия, и в процессе (α,n) реакции нарабатывались нейтроны, необходимые для инициирования цепной реакции. Важным моментом было обеспечение близости синхронизации момента работы нейтронного источника и момента оптимальных условий для развития цепной реакции и взрыва. Такая синхронизация достигалась за счет специального выбора конфигурации ядерного заряда. Нейтронные источники типа Urchin использовались в первых ядерных испытаниях США в период с 1945 по 1951 год и в серийных авиабомбах Мk-3 и Мk-4. Каждый нейтронный инициатор содержал около 50 Ки Ро-210.
К недостаткам этого типа нейтронных источников относились необходимость их достаточно частой замены вследствие распада Ро-210 (период полураспада – 138,5 суток) и наличие риска возникновения нейтронных импульсов в аварийных взрывах ядерных зарядов. Определенные трудности вызывало и наличие тепловыделения в нейтронном источнике.
Поэтому уже в начале 1945 года в Лос-Аламосской лаборатории была поставлена задача совершенствования нейтронных источников. Первые предложения были связаны с тем, чтобы конструкция системы источника обеспечивала нейтронный импульс не на входящей, а на выходящей из источника ударной волне, определяемой имплозией. Эти предложения были направлены на повышение эффективности системы. Их авторами в 1946 году были Клаус Фукс и Рубби Шерр.
Необходимость создания большого ядерного арсенала и требования достаточно частой замены нейтронных источников обуславливали создание масштабного производства Ро-210 и нейтронных источников на его основе. Такое создание представлялось достаточно проблематичным, и в конце 1946 года Эдвард Теллер выступил с предложением рассмотреть возможность отказа от использования специальных нейтронных источников в ядерных зарядах. Рассмотрение этого предложения привело к заключению, что в этом случае оружие будет иметь непредсказуемые вариации в уровне энерговыделения и сомнительную эффективность.
В конце 40-х годов в США рассматривалась возможность создания нейтронного источника с заменой Ро-210 на более долгоживущий α-активной радионуклид. Основным «кандидатом» на эту роль считался изотоп актиния Ас-227 с периодом полураспада 21,8 лет. Хотя сам Ас-227 является в основном β-распадчиком, его короткоживущий дочерний радионуклид изотоп тория Th-227 находится с ним в радиационном равновесии и является α-распадчиком. Эта программа была частично реализована, и в 1952 году было произведено около 10 г Ac-227 (700 Ки). Этот проект, однако, вскоре был остановлен из-за сильного увеличения оценки стоимости производства необходимого количества актиния.
Другое направление работ было связано с миниатюризацией Po-Be нейтронного источника. В рамках этого направления был разработан новый нейтронный источник Tom, который широко применялся в ядерных испытаниях 1951–1953 годов.
Новый подход был связан с разработкой внешних нейтронных генераторов (в терминологии
СССР – импульсный нейтронный источник (ИНИ)), которые представляли собой компактные ускорители ядер трития, ударявших в мишень, содержащую дейтерий. В термоядерной Т-Д реакции при этом производились нейтроны, которые и использовались для нейтронного инициирования цепной реакции. Предложение по такой системе нейтронного инициирования было сделано в ЛосАламосской лаборатории в декабре 1949 года. Ее применение должно было позволить увеличить энерговыделение ядерных зарядов, исключить проблему «короткого времени жизни» нейтронных источников в боезапасе и было необходимо для полного использования возможностей схем ядерных зарядов с полыми ядрами делящихся материалов. В качестве важной проблемы при этом отмечалась проблема возникновения в некоторых ядерных зарядах предетонации. В ноябре 1950 года это направление работ было одобрено и было решено развивать его безотлагательно. Исследования по практической реализации этого предложения проводились группой специалистов ЛосАламосской лаборатории с 1951 по 1954 год.
К преимуществам, которые предоставляла новая система внешнего нейтронного инициирования, относились также увеличение безопасности ядерного оружия, создание «герметичных» центральных частей (pit) ядерных зарядов, и возможность продвижения в перспективе к созданию «дубовой бомбы» (wooden bomb) – долгоживущего и воспроизводимого ядерного боезапаса.
2.3.2.Системы нейтронного инициирования в СССР
Впервых зарядах СССР использовался нейтронный запал, который являлся аналогом американского нейтронного инициатора типа Urchin. В 1953 году производились принципиальные изменения в левитирующей схеме размещения делящихся материалов, и вместо нейтронного запала в качестве систем нейтронного инициирования стал использоваться нейтронный источник (НИ). Как
нейтронный запал, так и нейтронный источник были основаны на наработке нейтронов в (α,n)-реак- ции в Po-Be системе. Однако, если в НЗ в нормальных условиях полоний и бериллий пространственно разделены, и выход нейтронов обеспечивается только после перемешивания полония и бериллия под действием ударной волны имплозивного взрыва, то НИ обеспечивает «постоянный» нейтронный выход за счет того, что полоний и бериллий перемешаны в нем в заводских условиях.
В1948 году Я.Б. Зельдович и В.А. Цукерман выдвинули идею о внешнем нейтронном инициировании. Возможность разработки такого источника, пригодного для использования в атомном оружии, многократно обсуждалась в течение 1948–1949 годов. Однако, в то время создать подобный источник с приемлемыми габаритно-массовыми параметрами оказалось невозможным. Через несколько лет был достигнут необходимый прогресс, и в ходе испытаний 1954 года в СССР была впервые проведена проверка работы ядерного заряда с внешним источником нейтронного инициирования – импульсным нейтронным источником. Результаты испытания подтвердили преимущества этого способа, который позволял инициировать цепную реакцию в оптимальный момент.
В1954 году была проверена работа заряда с другим видом нейтронного инициирования – термоядерным инициатором (ТИ). В этом случае в центре заряда (подобно НЗ или НИ) размещалось небольшое количество термоядерного материала, центр которого нагревался сходящейся ударной волной и в процессе термоядерной реакции на фоне возникших температур нарабатывалось значимое количество нейтронов, достаточное для нейтронного инициирования цепной реакции. Преимуществом этого типа системы нейтронного инициирования по сравнению с НЗ и НИ было отсутствие высоко активных материалов типа полония. Это испытание также оказалось успешным, и вскоре системы нейтронного инициирования в виде ИНИ и ТИ вытеснили НЗ и НИ. Особенно важным достижением было создание ИНИ, поскольку его применение обеспечивало существенный барьер безопасности в ядерном оружии.