Советские ядерные торпеды Т-15 и Т-5
Ядерная торпеда Т-5
Освоив ядерные технологии, советские ученые и военные стали искать новые способы применения существующего и перспективного сверхмощного оружия. Рассматривалась возможность использования ядерных зарядов вместе с различными носителями. Вскоре появилось предложение о создании специальной торпеды, оснащенной специальным зарядным отделением и способной самостоятельно поражать целые корабельные соединения противника.
Первый отечественный проект подобного оружия, доведенный до испытаний и эксплуатации, получил обозначение Т-5.
С конца сороковых годов советское командование рассматривало возможность создания специальных торпед, оснащенных ядерными боезарядами. Такое оружие могло бы использоваться подлодками для одновременного поражения нескольких кораблей одного ордера либо для атаки крупных береговых объектов. Предлагались и прорабатывались самые разные варианты подобных торпед, отличавшиеся друг от друга габаритами и мощностью заряда.
В 1952 году появилось предложение о строительстве сверхтяжелой торпеды калибром 1550 мм, способной нести боевую часть массой до 4 т с соответствующим могуществом. Общая длина такого изделия составляла 24 м, масса – 40 т. Однако достаточно быстро было установлено, что на существующих и перспективных подлодках удастся разместить лишь одну такую торпеду. Подобные ограничения не устроили командование флота, и потому от столь смелых проектов отказались. Куда больший интерес для подлодок представляло оружие стандартных габаритов.
Вследствие этого осенью 1953 года стартовала разработка новой ядерной торпеды, по своим размерам не отличающейся от серийных изделий. Проектирование такого оружия осуществлялось силами нескольких организаций. Головным разработчиком, отвечавшим за создание самой торпеды и общую координацию работ, стал НИИ-400 (ныне ЦНИИ «Гидроприбор»), главным конструктором назначили А.М. Борушко. Задача создания специального боевого оснащения была возложена на сотрудников КБ-11 министерства среднего машиностроения во главе с Ю.Б. Харитоном. На правах поставщиков тех или иных агрегатов к проекту привлекались некоторые другие организации.
Проект перспективной торпеды с ядерным боезарядом получил рабочее обозначение Т-5 (также встречается иное написание – Т-V). Кроме того, в соответствии с существовавшей номенклатурой минно-торпедного вооружения изделие обозначалось как 53-58. Специальное боевое оснащение для торпеды, разрабатывавшееся в рамках отдельного проекта, имело собственное название – РДС-9.
В соответствии с поставленными задачами, результатом проекта Т-5 / 53-58 должно было стать появление тепловой прямоидущей торпеды, отличающейся большой дальностью хода и отсутствием пузырькового следа. При этом она должна была нести плутониевый заряд достаточной мощности, способный поразить сразу несколько кораблей противника в радиусе сотен метров.
Для упрощения проектирования и последующего производства было решено строить торпеду Т-5 на основе существующего изделия 53-57. Последнее имело достаточные характеристики, и потому вполне могло стать носителем ядерного заряда. С точки зрения основных особенностей конструкции новая торпеда 53-58 должна была почти полностью повторять исходное изделие. Фактически два образца отличались комплектацией зарядного отделения, длиной, массой и некоторыми ходовыми характеристиками.
У базовой неядерной торпеды с некоторыми изменениями заимствовали корпус, основывавшийся на традиционных наработках. Использовался цилиндрический корпус большого удлинения, имевший скругленный головной и конический хвостовой обтекатели. На хвостовом обтекателе помещались Х-образные плоскости небольшого размаха. Непосредственно за стабилизатором помещались гребные винты, за ними – рули.
Компоновка ядерной торпеды Т-5, в целом, соответствовала предыдущему проекту. Внутри корпуса последовательно помещались головная часть и зарядное отделение, резервуарное отделение, а также кормовая и хвостовая часть. Расположение всех агрегатов оставалось прежним.
Для торпеды 53-58 было решено создать новый двигатель с требуемыми характеристиками. От теплового турбинного мотора, использовавшегося на 53-57, по ряду причин отказались. В центральном отсеке корпуса помещались резервуары для хранения кислорода и спиртоводяной смеси. Компоненты топлива подавались в парогазовый поршневой двигатель мощностью 460 л.с. Крутящий момент двигателя через редуктор выдавался на два соосных гребных винта.
Ядерная торпеда оснащалась инерциальной системой управления, основывавшейся на существующих агрегатах. При помощи нескольких гироскопов автоматика могла отслеживать положение торпеды в пространстве и выдавать команды на рули. Это позволяло выдерживать заранее заданный курс, однако возможность выполнения маневров и наведения на цель отсутствовали. Ввод данных для стрельбы осуществлялся механически – через систему шпинделей, выведенных на внешнюю поверхность корпуса.
Специально для перспективной торпеды сотрудниками КБ-11 была разработана малогабаритная ядерная боевая часть типа РДС-9. Основной заряд этого изделия был выполнен из плутония (239Pu) и дополнен инициирующим зарядом фугасного взрывчатого вещества. Номинальная мощность изделия РДС-9 составляла 3 кт. Характерной особенностью этого боезаряда, в некоторой мере повлиявшей на сложность разработки проекта, являлись его малые габариты. Имея достаточную мощность, заряд должен был умещаться в ограниченное по размерам зарядное отделение торпеды.
Для управления специальным зарядным отделением торпеда Т-5 получила неконтактный взрыватель. Он должен был самостоятельно взводиться на безопасном расстоянии от подлодки-носителя, а затем срабатывать в заданной точке. Прямое попадание в корабль-цель не предусматривалось. Главной задачей торпеды являлась доставка изделия РДС-9 к корабельному соединению противника, после чего ядерный взрыв мог одновременно уничтожить или повредить сразу несколько целей.
В связи с применением специального боевого оснащения торпеда 53-58 оказалась немного крупнее и тяжелее базового оружия. При стандартном калибре 533 мм она имела длину 7,92 м и весила 2,2 т. Торпеда могла выдерживать глубину в пределах от 12 до 35 м и двигаться со скоростью до 40 узлов. Дальность хода на такой скорости достигала 10 км. По своим габаритам торпеда Т-5 не отличалась от существующего серийного оружия, и потому могла использоваться различными подлодками, оснащенными требуемой аппаратурой управления.
Испытания нового оружия стартовали с проверок ядерного зарядного отделения. Первый пробный подрыв изделия РДС-9 состоялся 19 октября 1954 года на Семипалатинском полигоне. Заряд поместили на вышку опытного поля. По команде испытателей произошла детонация инициирующего заряда, вследствие которой появилось небольшое тонкое грибовидное облако. Как оказалось, впервые в отечественной практике подрыв инициирующего заряда не смог запустить цепную реакцию. Плутониевое ядро боевой части было частично разрушено, а его осколки разбросало по опытному полю.
Программа испытаний была приостановлена на несколько месяцев в связи с необходимостью доработки заряда. Были созданы три варианта обновленной конструкции, которые теперь следовало испытать и сравнить. Новая попытка подрыва состоялась 29 июля 1955 года. Заряд на невысокой платформе сработал штатно и показал мощность на уровне 1,3 кт. Аналогичный подрыв 2 августа так же был успешным; ученые зафиксировали мощность 12 кт. Через три дня РДС-9 показал мощность 1,2 кт.
В середине сентября того же года очередное опытное изделие РДС-9 доставили на полигон Новая Земля, где планировалось провести подводные испытания. 21 сентября заряд в составе торпеды Т-5 при помощи судна-носителя был доставлен в заданную точку и размещен на глубине 12 м. На расстоянии от 300 до 3000 м от заряда находились корабли, суда и подлодки, игравшие роль мишеней. На борту мишеней имелось значительное число различной аппаратуры, а также несколько десятков собак.
Мощность взрыва достигла 3,5 кт. Судно-носитель, находившееся непосредственно над зарядом, было полностью уничтожено. Мишени на дистанции до 500 м были выведены из строя и полностью либо частично затоплены. На больших расстояниях корабли и подлодки получили те или иные повреждения. По результатам этой проверки, можно было продолжать разработку торпеды и завершать интегрирование специального боезаряда в имеющуюся конструкцию. Кроме того, результаты этого испытания были учтены при создании новых боевых кораблей.
Параллельно с отработкой ядерного боезаряда шли испытания опытных торпед с инертными зарядными отделениями. Площадкой для этих проверок стала акватория Ладожского озера. В ходе испытаний были выявлены определенные проблемы с системами управления. Так, 4 выстрела опытной торпедой из 15 завершились преждевременным условным подрывом. Пройдя около половины дистанции, прототип делал т.н. торпедный мешок, резко увеличивая глубину хода. Вследствие этого гидростатический замыкатель давал команду на подрыв. Такие проблемы привели к необходимости совершенствования систем управления.
Также на практике было установлено, что новые торпеды отличаются определенной сложностью эксплуатации. В частности, ядерное зарядное отделение нуждалось в особых температурных условиях. Существующие торпедные аппараты не имели собственных средств обогрева, из-за чего проблему термостатирования пришлось решать на уровне конструкции торпеды.
Несмотря на все трудности, НИИ-400 и КБ-11 успешно завершили разработку нового оружия. К осени 1957 года изделие Т-5 / 53-58 удалось вывести на государственные испытания. Последние проверки ядерной торпеды начались с двух выстрелов торпедами, оснащенными инертным зарядным отделением. Далее последовал один выстрел торпедой с зарядом РДС-9 без плутония. Лишь после этого следовало проверить Т-5 в полной боевой комплектации.
Опытовым судном в ходе государственных испытаний стала дизель-электрическая подлодка С-144 проекта 613. 10 октября 1957 года экипаж С-144 произвел выстрел полноценной боевой торпедой. Пуск осуществлялся с перископной глубины по цели на дальности 10 км. Развив максимальную скорость, опытная торпеда преодолела заданное расстояние. Опустившись на глубину 35 м, торпеда подорвала боезаряд. От заданной точки торпеда отклонилась на 130 м, однако мощность взрыва на уровне 10 кт компенсировала такой промах.
По результатам государственных испытаний торпеда Т-5 / 53-58 была принята на вооружение военно-морского флота Советского Союза. Серийный выпуск такого оружия был поручен заводу им. С.М. Кирова (г. Алма-Ата). Производство торпед продолжалось в течение нескольких лет, однако велось лишь небольшими партиями. Ввиду исключительной мощности и специфического предназначения торпед, флот не нуждался в больших их количествах. По имеющимся данным, специальные боеприпасы отправлялись в арсеналы Тихоокеанского и Северного флотов.
Согласно некоторым источникам, торпеды Т-5 присутствовали в боекомплекте разных подлодок, отправлявшихся на боевую службу. При этом, по понятным причинам, подводникам ни разу не пришлось применять это оружие против кораблей реального противника. Впрочем, учебные стрельбы такими торпедами тоже не были частым явлением – известно лишь одно мероприятие с полноценным применением специальных боевых частей.
В середине осени 1961 года в бухте губы Черная на Новой Земле прошли учения «Коралл», целью которых была проверка имеющихся ядерных торпед. 21 октября дизель-электрическая подлодка Б-130 (проект 641) выполнила два выстрела торпедами 53-58 без делящихся материалов в зарядном отделении. Через два дня подводники атаковали учебную цель при помощи торпеды Т-5 в полном оснащении. Взрыв мощностью 4,8 кт успешно поразил мишени. 26 октября выполнили еще один пристрелочный выстрел, а на следующий день состоялся последний подрыв боезаряда РДС-9 в составе изделия 53-58. Перед взрывом торпеда поднялась на поверхность воды, где ее заряд показал мощность порядка 16 кт.
Еще в 1957 году – до завершения испытаний торпеды Т-5 – появилось постановление Совета министров СССР, определявшее дальнейшее развитие специальных вооружений флота. В соответствии с этим документом следовало отказаться от существующих подходов к созданию ядерных торпед. Будущие изделия этого класса следовало изготавливать путем установки особого заряда на серийную торпеду. Работы по проекту автономных специальных боевых зарядных отделений (АСБЗО) завершились в середине шестидесятых годов.
Новые боевые отделения можно было устанавливать на существующие торпеды, и потому флот более не нуждался в особых специализированных носителях ядерного заряда по типу Т-5. В дальнейшем усиление боекомплекта подлодок осуществлялось только за счет изделий АСБЗО стандартной мощностью 20 кт. Однако появление удачной альтернативы не привело к моментальному отказу от специальных торпед. Изделия 53-58 оставались на вооружении в течение некоторого времени. По разным данным, такие торпеды оставались на складах вплоть до восьмидесятых годов прошлого века.
Развитие ядерных технологий позволило сократить размеры боезаряда, обеспечив его установку на торпеды стандартных габаритов. Первым реальным результатом этого стало появление специальной торпеды Т-5 / Т-V / 53-58. Этот проект привел к пополнению арсеналов подводного флота и заметному росту его боевого потенциала. Кроме того, он показал принципиальную возможность создания и эксплуатации ядерных торпед. Дальнейшее развитие этой тематики привело к появлению боезарядов АСБЗО. Они отличались более высокими боевыми и эксплуатационными характеристиками, благодаря которым смогли со временем заменить имеющиеся торпеды Т-5.
Как сделать атомную бомбу
В середине прошлого века устройство атомной бомбы было строжайшей тайной. Только крайне ограниченный круг учёных, приближённых к правительствам великих держав, был посвящён в этот секрет. Прочим же смертным полагалось лишь знать, что к делу имеет какое-то отношение формула E=mc², что нужен уран и что всё это очень сильное колдунство.
Сейчас всё изменилось. Ныне устройство атомной бомбы можно узнать из открытых источников, но по-прежнему мало кто представляет, как работает самое страшное оружие человечества. А разобраться стоит. Например, чтобы определять, где в книгах и фильмах фантастические допущения, где антинаучная чушь, а где автор справочник прочёл, но ничего не понял.
Шаровой заряд
Атомное оружие основано на эффекте цепной реакции. Ядра некоторых изотопов тяжёлых металлов нестабильны и, захватив пролетающий мимо нейтрон, немедленно распадаются. При этом возникают как крупные осколки, так и ещё несколько свободных нейтронов. Они могут спровоцировать распад других ядер — и в результате выделится ещё больше нейтронов. Этот лавинообразный процесс приводит к стремительному выделению энергии — ядерному взрыву, мощность которого эквивалентна 25 тоннам тротила на каждый грамм распавшегося изотопа.
Разумеется, цепная реакция не начнётся, если слиток металла недостаточно велик и большая часть освободившихся нейтронов просто улетает за его пределы. Чтобы произошёл взрыв, количество расщепляющегося материала должно превысить некую критическую массу. Минимальное взрывоопасное количество вещества — 47 килограммов для урана-235 и 10 килограммов для плутония-239: на практике только эти два металла используются для создания ядерных взрывных устройств.
Уже вторая, сброшенная на Нагасаки бомба «Толстяк», имела шаровой заряд
Может показаться, что создать критическую массу легко: взять два слитка урана, каждый пуда по полтора, и соединить. Но это не лучшая идея, поэтому при изготовлении ядерных боеприпасов используются сложно устроенные имплозивные, или шаровые заряды. Их эффект основан на том, что при воздействии силы на поверхность сферы по мере приближения к её центру давление будет возрастать в квадрате. Как следствие, шаровой заряд представляет собой «матрёшку». Внешний сферический слой образует обычная «химическая» взрывчатка, по поверхности которой равномерно распределены 64 детонатора. Все детонаторы должны сработать одновременно — тогда происходит взрыв, который порождает направленную к центру ударную волну.
Если хотя бы один детонатор не сработает вовремя, сжатие будет ассиметричным и приведёт лишь к разрушению боеприпаса. И это служит надёжной защитой. Бомба может выпасть с самолёта, упасть вместе с самолётом, сгореть в вагоне в результате железнодорожной катастрофы, в неё даже может попасть артиллерийский снаряд (правда, последнее испытывалось только на макетах). В худшем случае это приведёт к подрыву обычной, химической взрывчатки, но незапланированной детонации ядерного заряда не произойдёт.
Следом за взрывчаткой в шаровом заряде располагается слой алюминия. Лёгкий металл нужен, чтобы увеличить радиус заряда, а значит, и итоговое давление в центре сферы. Внутрь полой алюминиевой сферы вкладывается тампер — полая сфера из обеднённого урана, которая служит массивным поршнем
Через тампер концентрическая ударная волна передаётся на третью, самую маленькую полую сферу, изготовленную из ядерной взрывчатки — урана или плутония. В самом же центре находится миниатюрный источник нейтронов на основе трития. Масса «ядерной взрывчатки» в шаровом заряде обычно в полтора-три раза меньше критической. Развитие цепной реакции в боеприпасе происходит благодаря дополнительным нейтронам, испускаемым тритием, увеличению плотности металла в момент максимального сжатия, а также потому, что урановый тампер отражает рождающиеся при распаде ядер нейтроны внутрь, не позволяя им покидать зону реакции.
Шаровой заряд первой советской атомной бомбы РДС-1 (Фото: Музей ядерного оружия РФЯЦ-ВНИИЭФ)
«Шаровая» конструкция позволяет безопасно заложить в боеприпас и сверхкритический заряд расщепляющегося изотопа. Рекорд здесь принадлежит британцам: они изготовили тонкостенную плутониевую сферу, масса которой превышала критическую в 12 раз! Но тогда сынов Туманного Альбиона просто заели амбиции: как же так, у Советов и Штатов есть водородная бомба, а у них нет. На изготовление этого чуда техники королевство потратило годичный запас расщепляющихся материалов.
Повысить мощность боеприпаса можно и без такой траты дефицитных материалов. В активированном шаровом заряде цепной распад продолжается не до исчерпания горючего, как в обычной бомбе, а до разрушения устройства. Испарившийся урановый шар уже не обладает достаточной плотностью, чтобы поддерживать цепную реакцию. У первых имплозивных бомб до распыления заряда успевало выгореть лишь 10% ядерной взрывчатки, а у современных этот показатель колеблется от 30 до 60%. Увеличить степень выгорания можно, обеспечив дополнительное сжатие. Для этого используется большой — до четверти тонны — заряд химической взрывчатки. Хорошо помогает и увеличение толщины тампера. Конечно, дополнительная инертная масса лишь краткий миг способна противостоять рвущемуся из зоны реакции ядерному пламени. Но когда интенсивность реакции нарастает по экспоненте, даже этот миг имеет огромное значение.
Водородная бомба
На этапе горения лития и урана термоядерная бомба по устройству напоминает звезду. Она полностью состоит из плазмы — раскалённого ионизированного газа, но при этом плотнее свинца.
Ещё сильнее разрушительную силу современных ядерных боеприпасов можно повысить капсулой с термоядерным горючим. Рядом с первым шаровым зарядом, играющим роль детонатора, размещается второй, устроенный несколько иначе. Вместо слоя химической взрывчатки он покрыт инертным пластиком. Сразу под ним располагается тампер из обеднённого урана. А между тампером и центральной полой сферой, изготовленной из плутония, размещается слой дейтерида лития-6 — соединения лёгкого изотопа лития с тяжёлым водородом. Этот белый порошок не радиоактивен и совершенно безопасен, если не поливать его водой.
Подрыв первого шарового заряда превращает пластиковый слой в перегретую плазму, давление которой приводит к имплозии термоядерной капсулы. Её плутониевая сердцевина достигает критической плотности и тоже взрывается. Литий, поглощая образовавшиеся нейтроны, разлагается на гелий и сверхтяжёлый водород — тритий. Температура на фронте столкновения ударных волн в этот момент оказывается достаточной, чтобы началась реакция термоядерного синтеза с участием дейтерия и трития. А это означает третий взрыв — примерно в сто раз сильнее двух первых.
Царь-бомба, она же «Кузькина мать», самая мощная термоядерная бомба в истории (макет, Croquant | CC BY-SA 3.0)
Но и детонация термоядерного горючего — только вторая фаза термоядерного взрыва. Если ядерный взрыв прекращается после разрушения взрывного устройства, то механизм водородной бомбы продолжает работать и после перехода в плазменное агрегатное состояние. При синтезе ядер тяжёлого и сверхтяжёлого водорода рождаются ядра гелия и нейтроны. Энергия нейтронов настолько велика, что они не захватываются тяжёлыми ядрами, а разбивают их, как бильярдный шар пирамиду.
Под градом нейтронов в реакцию вступает уран-238, в обычных условиях вполне безопасный. Это третья фаза взрыва, увеличивающая его мощность ещё впятеро. Вклад энергии от распада ядер урана не так уж велик, но этот процесс порождает новые тучи нейтронов. А чем плотнее нейтронный поток, тем больше лития перейдёт в тритий, тем выше будет КПД взрывного устройства. Водородную бомбу можно собрать таким образом, что выгорание каждого из трёх компонентов — плутония, дейтрида лития и обеднённого урана — превысит 90%. А это чудовищная энергия.
Субкилотонные боеприпасы
«Малыш», первая атомная бомба, применённая в бою, относилась к пушечному типу
Ядерные боеприпасы ценятся в первую очередь за мощь, но иногда компактность оказывается важнее. Как следствие, некоторое распространение (практически только в США) получили так называемые пушечные заряды. Они состоят из плутониевого цилиндра с отверстием в центре, стержня из того же металла, небольшого количества пороха, который вколачивает стержень в отверстие, единственного детонатора для инициации процессов и… всё. Очевидными преимуществами пушечной схемы были предельная простота, безукоризненная надёжность срабатывания и крошечные размеры.
Но заряд пушечного типа не просто надёжен, а слишком надёжен. Это его главный недостаток. Тепловое или механическое повреждение боеприпаса не выведет его из строя, а напротив — может заставить сработать. В СССР посчитали, что янки — crazy, и копировать этот ужас не стали.
«Дэви Крокетт» — надкалиберная ядерная мина для стрельбы из противотанковых 106-мм безоткатных пушек. Американцы действительно намеревались отстреливаться «Крокеттами» от советских танков и наклепали немало этих боеприпасов. Смешной тротиловый эквивалент — всего 10 тонн — позволял бить прямой наводкой
Вторым недостатком пушечных зарядов стала их расточительность. Количество ядерной взрывчатки обязательно должно быть сверхкритическим. То есть расщепляющегося металла «на выстрел» уходит в среднем в три раза больше, чем при другой схеме. Если же пересчитывать на килотонны, разница оказывается ошеломляющей: КПД пушечного заряда не выше 1%. Таким он был у единственного в истории стратегического боеприпаса с зарядом пушечного типа — бомбы «Малыш», сброшенной на Хиросиму. Но там всё устройство весило четыре тонны, а урановые детали были помещены в обрезок орудийного ствола. А при использовании пушечного заряда без сверхпрочного корпуса КПД падает до 0,01–0,004%. Американцы, впрочем, считали, что крайне низкая — от 10 до 150 тонн в тротиловом эквиваленте — мощность для тактического ядерного боеприпаса не изъян, а достоинство.
Примитивное устройство пушечного заряда породило миф, что ядерную бомбу можно собрать в гараже. Но частному лицу достать несколько десятков килограммов почти чистого урана-235 невозможно. А плутоний вдобавок стремительно окисляется на воздухе, очень ядовит и практически не поддаётся механической обработке. Попытавшись изготовить кустарным способом из небольших плутониевых слитков детали взрывного устройства, самоделкин умрёт от лучевой болезни, от отравления или в результате вспыхнувшего в гараже пожара, но ничего не достигнет.
Советский 420-мм миномёт 2Б1 «Ока» предназначался для стрельбы ядерными боеприпасами
2С7 «Пион». В 1970-х годах в СССР появились миниатюрные шаровые заряды, которые помещались в снаряд 203-мм пушки, но мощность их обычно составляла 5–15 килотонн, и «тактическими» такие боеприпасы можно было назвать лишь условно
Уран или плутоний?
На первый взгляд преимущества плутония над ураном, критическая масса которого впятеро выше, очевидны. Заряд получается миниатюрным. При распаде плутоний выделяет больше свободных нейтронов, чем уран, что крайне важно, например, при изготовлении термоядерных боеприпасов. К тому же обогащённый уран очень дорог в производстве, плутоний же добывается из отработанного топлива для атомных электростанций.
Но на практике выбор не так прост, поскольку плутоний — металл радиоактивный. Если период полураспада урана-235 — 713 миллионов лет, то у плутония-239 он составляет всего 24 тысячи лет. К тому же извлекаемый из АЭС плутоний на самом деле представляет собой смесь изотопов, излучение которых выводит из строя электронные компоненты боеприпаса и на молекулярном уровне «разъедает» химическое взрывчатое вещество.
Как следствие, в военном деле обычно используется специальный «оружейный» плутоний, который провёл в активной зоне ядерного реактора всего 1–2 месяца. Доля тяжёлых примесей в нём составляет 2–7%. Но такой плутоний уже очень недёшев и всё равно радиоактивен.
Большая часть обогащённого урана производится в России
«Грязная» бомба
В романе Дмитрия Глуховского (признан в России СМИ, исполняющим функции иностранного агента) «Метро 2033» даже спустя 20 лет после ядерной бомбардировки радиация не позволяет выжившим покинуть убежища. Такое видение постапокалиптического мира в фантастической литературе стало каноническим. Хотя на практике всё иначе — Хиросиму и Нагасаки быстро отстроили на прежнем месте, и жители их не оставляли.
Чтобы увеличить радиационное воздействие ядерного боеприпаса (особенно в глобальном масштабе и долгосрочной перспективе), в 1950 году американский физик Лео Сциллард предложил заменить в шаровом заряде урановый и алюминиевый тамперы на оболочку из кобальта. Взрыв, конечно, будет слабее, но, захватывая нейтроны, безвредный кобальт-59 превращается в очень опасный радиоактивный изотоп кобальт-60, широко применяющийся при производстве промышленных источников гамма-излучения. Если таких бомб сделать достаточно много и разом взорвать даже на своей территории, полагал учёный, то кобальт рассеется по всей планете с потоками воздуха… и вот тогда точно конец!
Одна из особенностей ядерных зарядов пушечного типа — непредсказуемые колебания мощности взрыва в пределах 2–2.5 раз. Она зависит от того, на каком именно этапе вхождения плутониевого стержня в цилиндр вспыхивала цепная реакция (фото: (National Nuclear Security Administration, 1953)
Фантастов идея вдохновила. Кобальтовая «бомба Судного дня» упоминается в фильме «Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал бояться и полюбил атомную бомбу» Стэнли Кубрика, в романах Роджера Желязны, Агаты Кристи, Сергея Лукьяненко. Однако военные и политики отнеслись к идее без особого энтузиазма. В реальности «грязные» бомбы действительно разрабатывались, по крайней мере в СССР, но никогда не принимались на вооружение и не производились. Даже испытания проводились только имитационные — с использованием нерадиоактивных изотопов.
В результате испытаний от идеи быстро отказались. Вопреки прогнозам, загрязнённая площадь была невелика — как средство массового поражения кобальтовый заряд уступал по эффективности даже многим химическим боеприпасам. «Грязная бомба» не выдерживала критики и как ультимативное оборонительное оружие, создающего на пути противника непроходимую зону. Предсказать точное расположение, размер и форму смертоносного пятна оказалось невозможно.
Калифорниевая бомба
Калифорний часто называют самым дорогим веществом в мире. Это не совсем так, но среди изотопов, которые производят промышленно, он чемпион
Фантасты уже много лет обдумывают идеи ядерной взрывчатки на основе экзотических веществ. Во вселенной Великорасы Александра Зорича, например, применяются сверхмощные калифорниевые боеприпасы. Почему калифорниевые? Вероятно, автор заглянул в справочник и узнал, что данный металл обладает критической массой впятеро меньшей, чем у плутония… Но из этого же не следует, что взрыв калифорниевой бомбы будет впятеро сильнее при том же весе! Напротив, безопасный — подкритический — шаровой заряд из калифорния окажется не только в 3000 раз дороже и в 30 раз радиоактивнее, но и впятеро слабее плутониевого.
Но, может быть, использование синтетических изотопов с минимальной критической массой позволит создать миниатюрное взрывное устройство? Теоретически это возможно, но зачем военным безумно дорогая, зато слабенькая атомная бомба, умещающаяся в кейс, знают только фантасты. Советский «ядерный ранец» РЯ-6 мощностью в одну килотонну с зарядом на основе плутония весил всего 25 кг, и военные не считали, что им нужно что-то ещё легче.
Нейтронная бомба: миф и реальность
Противоположностью «грязной» кобальтовой бомбе можно считать нейтронную: она не заражает территорию, поражает только живую силу и оставляет невредимыми материальные ценности. Во всяком случае, такого мнения придерживалась как американская, так и советская пресса в 70–80-х годах. Последняя также утверждала, что нейтронные боеприпасы есть только у США, прозрачно намекая на тягу вероятного противника к чужим материальным ценностям.
Приближая источник радиации к бериллиевой мишени, нейтроны можно испускать направленно. На марсоходе Curiosity установлена нейтронная пушка российского производства. Поговаривают, что мощность этого устройства слишком высока для исследовательских целей (фото: NASA)
Как и в случае кобальтовой бомбы, все утверждения о свойствах нейтронных боеприпасов оказались вымыслом. Устройство представляло собой обычный шаровой заряд, в котором слои алюминия и урана заменены слоем бериллия. Такое решение снижало КПД, зато бериллий, поглощая ядра гелия, появляющиеся в результате распада плутония, испускал нейтроны — слишком быстрые, чтобы поддерживать цепную реакцию, но не обладающие достаточной энергией для раскалывания ядер. Как следствие, взрыв (формально термоядерный!) выходил совсем слабым — 5 килотонн или около того. Причём нейтроны уносили до 80% выделившейся энергии.
Нейтронные боевые части планировалось устанавливать на противоракеты для уничтожения советских боеголовок. Перехват осуществлялся на орбите, но в вакууме ударная волна не образуется, а рентгеновское и световое излучение позволяло поразить цель на дистанции не более километра от подрыва заряда. Предполагалось, что использование нейтронных боеприпасов позволит увеличить радиус поражения в полтора раза. К тому же боеприпасы такого типа можно без опаски применять над собственной территорией: рентгеновского излучения там кот наплакал, а нейтроны теряют «убойную силу» в атмосфере из-за сопротивления азота.
После появления современных противоракет, позволяющих перехватывать боеголовки на минимальной высоте (и едва ли не прямым попаданием!), производство нейтронных боеприпасов потеряло смысл. Откуда взялся миф про «сохранение материальных ценностей» — тайна. Если подорвать нейтронный заряд вблизи от поверхности, действительно возникнет узкая — метров триста шириной — зона, в которой уровень радиации всё ещё будет смертельным, а каменные здания уже устоят, хотя и будут объяты пламенем. Но никакой практической ценности эта особенность не имеет.
Применение ядерных зарядов в мирных целях, несомненно, возобновится, когда этого позволит политическая ситуация. По сравнению с энергетическим атомным реактором бомба представляет небольшую радиационную опасность, а выгода может быть значительной (на фото — Седанский кратер, созданный мирным ядерным взрывом)
Проблему сохранения материальной инфраструктуры пытались решить советские инженеры, работавшие в 1980-х над созданием «чистых», или «спектральных» бомб. Применение боеприпаса такого типа не должно было вызывать заражение местности. Для этого в конструкции термоядерной бомбы урановые детали заменяли на свинцовые — ядра этого металла выдерживают попадание быстрых нейтронов и не активируются медленными. Количество использованного плутония сводилось к минимуму благодаря изощрённым способам усиления имплозии. При сгорании же лития радиоактивных веществ не образуется. Таким образом, подрыв бомбы на высоте нескольких километров позволял рентгеновской вспышкой очистить большую площадь от позвоночных без какого-либо иного ущерба для экологии.
Насколько известно, спектральные боеприпасы в СССР серийно не производились. Наступила эпоха разрядки, и применение ядерных зарядов для создания собственных, а не сохранения чужих материальных ценностей стало более эффективным экономически. «Мирные» ядерные взрывы в Советском Союзе производились несколько раз в год для изменения рельефа, создания подземных хранилищ отходов, геологической разведки, а также чтобы упростить добычу полезных ископаемых. «Чистые» заряды при этом оказались бы очень кстати, но мораторий на ядерные испытания вскоре привёл к свёртыванию программы.
Линогравюра. Индустрия
Линогравюра., масло, бумага., Нижний Новгород., 2021 год
"Если вы сможете использовать ядерно-физические открытия в мирных целях, это откроет путь в рай"
А.Эйнштейн
Энергия атома - естественное проявление природы, окружающей нас. Природа дает нам кров, тепло и заботу, но так же может проявлять и разрушительную силу. Испепеляющий свет над Хиросимой и Нагасаки, ядовитый ветер Чернобыля, заражённый океан Фокусимы. Из-за этих скорбных происшествий у Атома плохая репутация. Например Италия полностью отказалась от использования АЭС на своей территории. Но так же как мы не доверяем управление самолётом дилетанту, а взращиваем для этого профессионалов, так же мы должны понимать, столь огромная сила должна находиться в умелых руках и использоваться ясным умом. Строительство АЭС было дружественным жестом для стран-товарищей СССР. Они получали не только дешевую, чистую, природную энергию, но и создавало условия для повышения образованности населения. Открывались новые горизонты для всего человечества!
И сейчас энергия атома, словно свет лампочки рассеивающей тьму, исследует космос. Телескопы, спутники, роботы работают на этих "атомных" батарейках. Продолжают добывать для нас знания об окружающем мире и его природе. Картина становится всё более цельной, мы лучше понимаем как взаимодействовать с природой в гармонии.
РАЗВИВАЙ ПРИРОДУ!
Как в СССР продавали радиоактивные вещества в обычном магазине
«Изотопы» — так назывался специализированный магазин в Москве, где продавались радиоактивные вещества. И спрос на них был очень высокий. Представить сегодня себе ситуацию, когда можно достать радиоактивные вещества, просто придя в магазин, довольно затруднительно, даже в самойдемократичной стране мира. «Магазин юного террориста», — так шутят сегодня, когда вспоминают, что именно такой магазин под названием «Изотоп» существовал в СССР! Он пользовался популярностью не только у всего Союза — сюда приезжали иностранцы, и сам магазин занимался экспортом.
Магазин этот был расположен по дороге к центру Москвы, на Ленинском проспекте. На крыше дома находилась огромная неоновая реклама с четырехцветным изображением атома и надписями на трех языках: «Atome pour la paix», «Атом для мира», «Atom for peace».
Именно эта фраза лучше всего объясняла причину создания подобного заведения: в конце 1950-х Советский Союз сделал ставку на «мирный атом». Речь шла о том, что радиоактивность входит в повседневную жизнь советского человека и отныне будет помогать ему во всем — сохранять картофель, избавляться от канализационных течей и даже считать рыбу. Облученная картошка Само по себе существование этого магазина стало возможным благодаря открытию, сделанному за 25 лет до этого, в 1934 году. Тогда французский физик Фредерик Жолио-Кюри доказал, что человек сам может создать радиоактивность. Невероятная по тем временам идея.
Ведь до этого считалось, что невозможна не только искусственная радиацию — невозможно даже управлять (замедлять или ускорять) радиоактивное излучением, это внутриатомный, обособленный процесс. Кюри продемонстрировал обратное: облучив алюминий полонием, в результате радиоактивного распада он получил не встречающиеся в природе ядра атомов фосфора. Иными словами, радиоактивный изотоп. Самое потрясающее в этом открытии было то, что изотоп сохранял радиоактивность лишь на короткий срок и его излучение можно было легко зарегистрировать. Именно эти свойства открыли изотопам широкую дорогу в промышленность, науку, медицину и даже мир искусства. Уже через год после открытия искусственной радиоактивности учеными было получено более пятидесяти радиоактивных изотопов.
Они работали как невидимые радиостанции, которые все время посылают сигналы о своем местонахождении. Фиксировать их могли дозиметры или счетчики заряженных частиц. С помощью них можно было, например, узнать, как быстро изнашиваются стенки домны. Больше не нужно было прерывать работу печи. Достаточно заложить в стене радиоактивное вещество, и после того, как домна начала работать, проверить пробы металла из каждой плавки на радиоактивность. Если радиация в чугуне была — это был признак износа домны. С помощью изотопов считали рыбу, не вынимая ее из воды, измеряли густоту меха, проверяли, хорошо ли усваивается удобрение растением, где идет утечка газа в газопроводе, определяли влажность почвы, диагностировали гастрит, язву желудка или рак, маркировали ценные предметы искусства, ювелирные изделия, купюры или облучали картофель, чтобы он не прорастал.
И это лишь малая доля того, где применялись изотопы. В середине 1950-х было ощущение, что Советы хотят пересадить на изотопные рельсы чуть ли не все отрасли. С точки зрения внешней политики это тоже выглядело привлекательно. Со своей мирной атомной повесткой СССР всячески противопоставляли себя милитаристским Соединенным Штатам, разбомбившим Хиросиму.
Чем велик советский атом? Тем, что он демобилизован. Да-да, не спорь! У нас он снял военную форму. С тех пор, как пустили первую атомную станцию, атом надел рабочую спецовку. Изотопы — это же атомы в спецовке, мирные труженики», — писал журнал «Огонек» в 1960 год.
Магазин «Изотопы» к тому моменту работал уже год.
Доставка от людей в погонах
На самом деле, это никогда не был просто обычный магазин. Начнем с того, что продавали реактивы не всем, а только тем, кто имел на них право.
Гамма-дефектоскоп типа РИД-21М в магазине «Изотопы»
А поскольку надобности у обычного человека ходить туда не было, не все жители Москвы понимали, что и в каком виде там продается. Любопытных визитеров ждало разочарование:
Было там пустынно и скучно: ни грозного блеска ртути, ни монументальности урановых слитков… Как в музее без экспозиции», — вспоминает Виктор из Москвы.
Здесь обязательно требовали справку с работы, которая подтверждала, что вы имеете право покупать подобные товары. Называли это «документом, устанавливающим санитарную подготовленность потребителей к приему, хранению и работе суказанной продукцией». Как правило, это были представители заводов, фабрик и научно-исследовательских институтов. Изотопы продавали в контейнерах, защищавших от радиации, которые нужно было вернуть в магазин в течение 15 дней.
Контейнеры различной формы и объема для перевозки радиоактивной продукции.
У продавцов была должность «научный руководитель магазина», и брали на нее только разбирающихся в предмете людей. По формату же «Изотопы» больше напоминали демонстрационный зал, чем стандартный магазин с прилавком, посколько увидеть продукт непосредственно было невозможно. Это были записи в каталоге и светящаяся таблица с указанием того, что есть в наличие. При этом поставляло все это в магазин непосредственно Министерство внутренних дел — люди в погонах.
В магазине «Изотопы»
Казалось бы, предприятие это должно было быть мега-успешным и долгоживущим, при таком спросе на изотопы. На 1950-е пришелся бум радиоизотопной техники и приборов — она отличалась высокой степенью простоты и дешевизны и стала практически синонимом слова «автоматизация». Но ситуация оказалась не такой простой и однозначной. Радиация на экспорт В социалистической плановой экономике, где дефицит был явлением привычным, поставки изотопов страдали нерегулярностью и проблемами с упаковкой (и, следовательно, безопасностью транспортировки). Эта радиационная угроза вызывала много вопросов у советской почты, которая довольно скоро озадачилась, а каким образом транспортировать изотопы без риска для окружающих?
Магазин «Изотопы» на Ленинском проспекте в Москве. Посетители в демонстрационном зале магазина.
Тем более, что сбои в советской системе были не только с поставками непосредственно веществ, но и с защитным оборудованием вроде свинцовых домиков и с дозиметрическими приборами. Дефицит, проблемы логистики, упаковки, транспортировки, средств безопасности свели на нет эйфорию вокруг изотопов внутри Советского Союза. Но не за его пределами. Советские изотопы, благодаря высокому качеству и низкой цене, высоко ценились на западном рынке. К примеру, 1 грамм изотопа высокого обогащения можно было продать за несколько тысяч долларов. Но помимо государственного монополиста, который занимался экспортом изотопной продукции, ее вывозили нелегально сами ученые из разных советских НИИ. На западе с ними обычно расплачивались научным оборудованием или возможностями проводить исследования в иностранных лабораториях с полным обеспечением. Такие сделки, как правило, оформлялись договорами о международном научно-техническом сотрудничестве.
Москва. Магазин «Изотопы»
С 1990-х такой экспорт принял массовый характер, и занялись им уже частные и филированные с институтами компании. Магазин «Изотопы», кстати, тоже закрылся незадолго до распада Советского Союза. В 1990 году на его месте открылся первый в стране магазин мгновенных камер «Светозор» с полароидами.
Линогравюра - техника выполнения. Цветная линогравюра. Графика
Линогравюра - это техника механической печати, получившая распространение в ХХ веке, в частности, она весьма пришлась по сердцу советским художникам. Подобную графику можно найти в любом центральном городском музее. Но современные художники обращаются к к ней все реже.
Поэтому давайте освежим в памяти как изготовить линогравюру самостоятельно:
Берём кусок мягкого линолеума и наносим карандашный рисунок(либо переносим через копирку). С помощью спец.резаков вырезаем матрицу. То есть срезаем все белые пятна в рисунке. Линогравюра относится к высокой печати, т.е. печатающая плоскость это выступающая(несрезанная) часть матрицы.
После того, как мы срезали все "белые пятна" раскатываем валиком черную краску о матрице. Лучше использовать масляную краску, ибо она дольше сохнет.
Приступаем непосредственно к печати. В зависимости от конструкции станка мы делаем отпечаток на листе бумаге. В данном случае это прессовый станок. Но классика - это прокаточные, с системой валиков.
Во второй части ролика продемонстрирована техника цветной(многослойной) печати. Такой оттиск выполняется посредством нажимов (прокатов) нескольких матриц. Каждая из которых вырезается под отдельный цвет. С помощью одного комплекта матриц можно выполнить графические работы разных цветов.
Резаки для линогравюры. Продаются наборами, но пригодится два-три вида. Самые "ходовые" модели
Ещё несколько примеров цветной линогравюры. Процесс изготовления первой запечатлен на видео.
Представленные работы подготовленны к художественно-промышленной выставке Индустрия.
Проходившей на площадке ЦДПИ, в городе Нижний Новгород, осенью 21ого года. Изготовленны в мастерской FlurNN
Зачем люди пытаются создать солнце на земле, или что такое термоядерная энергетика
Фото iStock
На груди Железного Человека из серии известных комиксов работает миниатюрный термоядерный реактор: энергии на полеты за атмосферу ему хватает, а вот правдоподобности — нет. В реальности ученые всего мира не могут построить реактор для управляемого термоядерного синтеза даже высотой в несколько этажей. Что им мешает, если на Солнце «реактор» получился сам собой, и как скоро может наступить будущее термоядерной энергетики — разбиралась «Энергия+».
Солнце — гигантский термоядерный котел. Несколько миллиардов лет оно питает теплом и светом все живое на Земле. Наш желтый карлик светит и греет из-за постоянного слияния ядер водорода — этот процесс называется термоядерным синтезом. Сливаясь, атомы теряют часть своей массы, которая высвобождается в виде энергии. Это описывается знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc2, согласно которому масса может превращаться в энергию и наоборот.
В результате столкновения ядер водорода возникает ядро более массивного химического элемента — гелия. Выделившаяся при этом энергия в шесть раз выше, чем в ходе реакции деления ядра урана, самого тяжелого долгоживущего (время, за которое половина ядер урана распадется на другие элементы, исчисляется миллиардами лет) элемента в природе. Именно реакция деления урана — источник энергии в реакторах современных атомных электростанций. Осуществить управляемую реакцию деления в первом промышленном реакторе удалось в середине XX века. С тех пор силы физиков-ядерщиков направлены на создание устройства, которое позволило бы управлять и термоядерным синтезом.
Для реакции управляемого синтеза нужны особые ядра водорода с дополнительными нейтронами, которые называются изотопами, — это дейтерий и тритий. Дейтерий стабилен, и его можно найти в морской воде. Тритий же — более редкий изотоп, который выделяют на атомных реакторах при получении лития. Заменить тритий может стабильный изотоп гелий-3. Добывать его так же трудно, но огромные залежи можно найти в грунте на поверхности Луны. Если технологии позволят недорого получать гелий-3 из лунной пыли, то этого будет достаточно для энергоснабжения всей планеты на тысячи лет. Останется лишь построить нужный реактор (токамак).
Реакция термоядерного синтеза (слияния двух легких ядер в одно более тяжелое), в ходе которой высвобождается колоссальное количество энергии
ПОЧЕМУ СЛОЖНО ПОСТРОИТЬ РЕАКТОР ДЛЯ СИНТЕЗА
Атомы всех окружающих нас веществ состоят из ядра и электронной оболочки. Ядра заряжены положительно, поэтому, согласно закону Кулона, они отталкиваются. Чтобы соединиться, им нужно преодолеть кулоновский барьер и сблизиться на расстояние действия ядерных сил — 10-15 метра (один метр, деленный на единицу с пятнадцатью нулями). Для этого необходима огромная энергия, которую можно получить в виде тепла. Солнечный климат для этого идеален, температура внутри звезды достигает экстремальных величин — 15 миллионов градусов. Вещество при такой температуре переходит в состояние плазмы, работать с которой в земных условиях не так-то просто.
Плазма считается четвертым агрегатным состоянием вещества. Если нагреть твердое вещество, оно становится сначала жидким, затем газообразным и, наконец, — плазмой. При температуре в десятки тысяч градусов атомы газа теряют свои электроны и превращаются в ионы — свободные электрические заряды. Такой газ называется ионизованным и является средой, проводящей электрический ток. В естественных условиях Земли плазма встречается в виде разрядов молний или в магнитосфере планеты при полярном сиянии. В космосе она буквально повсюду: материя в межгалактическом пространстве существует именно в плазменной форме. Солнце и звезды тоже являются сгустками сильно нагретой плазмы.
Вещество в состоянии плазмы видел каждый, когда в небе сверкала молния, а вот удержать и сжать такое вещество — задачка не из легких, но ее необходимо решить для реализации управляемого термоядерного синтеза на Земле
Удержать плазму внутри построенных человеком установок тяжело — нагреваясь до миллионов градусов, она плавит даже самое прочное покрытие. Поэтому стенки камер реактора для управляемого синтеза не должны соприкасаться с плазмой. Другое важное условие использования плазмы — сжатие. Если не сжимать разогретую плазму со всех сторон равномерно, она выскользнет, остынет, и реакции в ней прекратятся.
Плазма подобна надутому воздушному шарику — как бы равномерно вы ни надавливали на него, шар всегда будет просачиваться через пространство между пальцами. Солнечная плазма не разлетается по всему космосу из-за огромной массы звезды — ее гравитационное давление постоянно сжимает ядра атомов вместе. Масса Земли в 330 тысяч раз меньше, поэтому создать подобное давление на нашей планете невероятно трудно. Каждый раз, когда ученые пытались сжать плазму в реакторе, она выплескивалась наружу.
КАК ПРИЧЕСАТЬ ЕЖА, ИЛИ ПОПЫТКИ УДЕРЖАТЬ ПЛАЗМУ
К решению задачи удержания плазмы вплотную подошли советские ученые Института им. Курчатова в 1950-х. В магнитной ловушке, созданной под руководством академиков Андрея Сахарова и Игоря Тамма, горячая смесь дейтерия и трития удерживалась с помощью магнитного поля и не касалась стенок реактора. Эта экспериментальная установка c вакуумной камерой в форме бублика (тора) стала известна во всем мире под именем Токамак — тороидальная камера с магнитными катушками. В ней впервые удалось достичь температуры термоядерной реакции в 100 миллионов градусов — почти в 10 раз больше, чем внутри Солнца!
У любого термоядерного реактора типа токамака есть отверстие в центре. Объясняется это теоремой о причесывании ежа, согласно которой невозможно причесать свернувшегося клубком ежика так, чтобы ни одна его иголка не торчала наружу. Если придать плазме форму шара, то ее магнитное поле всегда будет иметь минимум одну выпадающую точку. С тором такой проблемы не возникнет, его можно гладко «причесать» по всей поверхности, причем разными способами.
Так выглядит изнутри тороидальная камера (токамак) для осуществления реакции синтеза
Прошло почти 70 лет, но токамак все еще остается самым перспективным типом термоядерных реакторов — практически у каждой развитой страны сегодня есть собственная тороидальная установка. Реакторы других форм создают для изучения свойств плазмы. Например, сферический токамак напоминает сплюснутый глобус и позволяет дольше удерживать плазму. А в стеллараторе, прозванном «мятым бубликом», магнитные катушки находятся снаружи тора, за счет чего он может работать без перерывов, в отличие от классического токамака.
Существуют и альтернативные виды реакторов, например установки на инерциальном удержании. На тритий-дейтериевую мишень размером с булавочную головку направляют больше сотни сверхмощных лазеров. Они нагревают мишень до сотен миллионов градусов и сжимают в тысячи раз, запуская термоядерную реакцию. Такую энергию, полученную лазерным синтезом, можно контролировать и использовать. Однако подобные реакторы работают в импульсном (непостоянном) режиме, поэтому вещество быстро разлетается и долго удерживать плазму не удается. Отдельная задача в том, чтобы сжать вещество абсолютно симметрично со всех сторон.
Наконец, даже если в реакторе удастся обеспечить нужную форму и плотность плазмы, потери энергии на это должны быть минимальны, чтобы термоядерная реакция была экономически выгодной. Это критерий Лоусона, который стал одной из главных целей управляемого термоядерного синтеза. Именно на выполнение этого условия нацелены современные экспериментальные мега-проекты термоядерного синтеза.
ОДИН РЕАКТОР НА 35 СТРАН
В 2010 году на юге Франции развернулась стройка исполинских масштабов. Здесь на базе исследовательского центра ядерной энергетики «Кадараш» создают международный термоядерный реактор – ITER (от латинского «путь»). Стоимость токамака ИТЭР оценивается в 20 миллиардов евро. Ни одно государство не может позволить себе запустить подобный проект самостоятельно, поэтому страны объединяют свои силы.
Вид с воздуха на установку ИТЭР — международную исследовательскую площадку для изучения свойств плазмы при реализации термоятерного синтеза
Вклад стран-участников не денежный, а технический. Практически у каждой из 35 стран есть собственные термоядерные мини-установки. Работа разделена по секторам будущего реактора, каждая из держав производит свою часть оборудования. Россия — один из главных участников: у наших ученых многолетний опыт использования токамаков.
ИТЭР будет весить 23 тысячи тонн (некоторые детали столь тяжелы, что пришлось усиливать дороги, ведущие к реактору), а по высоте, более 70 метров, он обгонит Спасскую башню. Объем плазмы, который надеются получить ученые, — 40 кубометров. Температура в мега-реакторе достигнет головокружительной отметки в 150 миллионов градусов. Чтобы добыть достаточное количество плазмы, магнитное поле в токамаке должно быть в 200 тысяч раз больше земного! Огромные сверхпроводящие магниты будут охлаждаться до экстремальной отметки в минус 269 градусов Цельсия. «Кадараш» станет самым горячим и самым холодным местом во Вселенной одновременно.
Завершить строительство ИТЭР планируют к концу 2025 года, тогда же ученые надеются получить первую плазму. Но запуск реактора не откроет эру управляемого термояда. ИТЭР — это прежде всего экспериментальная установка, призванная доказать, что человечество в принципе способно получать термоядерную энергию в промышленном масштабе.
Высота установки ИТЭР — более 70 метров
КОСТЮМ ТОНИ СТАРКА — БУДУЩЕЕ ИЛИ ФАНТАСТИКА?
Одна из необходимых особенностей современных токамаков — гигантские размеры. Чем меньше реактор, тем больше плазмы выделяется в процессе диффузии, и тем менее эффективно он работает. Поэтому о миниатюрных термоядерных реакторах в стиле костюма Железного Человека в ближайшем будущем мечтать не приходится. Однако сократить размеры токамаков может помочь искусственный интеллект (ИИ).
В 2022 году разработали алгоритм, способный создавать и контролировать плазму. ИИ прошел тесты на настоящем токамаке, где он управлял термоядерным синтезом. Если магнитными полями и плазмой внутри реактора получится управлять более тонко, его габариты можно будет уменьшить и использовать как в промышленности, так и в космосе.
ТОПЛИВО ДЛЯ ТЕРМОЯДА, БЕЗОПАСНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ УПРАВЛЯЕМОГО СИНТЕЗА
У термоядерных реакторов мало общего с реакторами на атомных станциях. Если удержание плазмы прекратится, то она расширится и охладится, реакция остановится и не приведет к взрыву, хотя стенки термоядерного реактора разрушатся от взаимодействия с плазмой. В отличие от реакции деления, в процессе синтеза не образуются долгоживущие радиоактивные отходы. «Отходы» термоядерного синтеза — гелий и нейтроны, защиту от которых давно научились строить.
Управляемый синтез — это потенциально бесконечный источник энергии. Больше половины пути к его освоению пройдено, но до настоящего момента не удалось достичь баланса температуры, плотности и времени удержания плазмы на одном виде реакторов. Кроме того, неизвестно, окупится ли создание огромного реактора и сложной инфраструктуры на основе термоядерной энергетики. Все действующие сегодня установки убыточны. Технологиям на основе термоядерной энергетики еще предстоит пройти длинный путь, прежде чем их начнут использовать в промышленных масштабах.
Оригинал статьи и другие материалы читайте на сайте журнала Энергия+:
https://e-plus.media/
Обновил спустя 7 лет
Было:
Стало:
Спустя 2 года: