Små och lågavkastade kärnvapen har historiskt varit otur. Under de välsignade tiderna, när kärnkraftsladdningar av alla typer aktivt utvecklades och testades, fanns det ingen lämplig isotop för dem. Endast plutonium-239 och uranium-235 fanns tillgängliga, och du kunde inte göra en kompakt kärnkraftsladdning ur dem. Naturligtvis såg det amerikanska stridshuvudet W54 som väger 23 kg mycket gynnsamt mot bakgrunden av 4,6 ton Fat Man, men det var fortfarande inte så kompakt som vi skulle vilja.
Det här stridsspelet var tydligen en av de sista som faktiskt testades med en kärnkraftsexplosion. Det efterföljande moratoriumet för kärnkraftsförsök bromsade kraftigt ned arbetet, varför främst kraftfulla produkter förblev i kärnkraftsarsenal. Nu när den nukleära icke-spridnings- och begränsningsregimen verkar vara på gränsen till dess utmattning är det möjligt att återgå till utvecklingen av nya typer av kärnkraftsladdningar som kan diversifiera kärnkrig.
Americium är den bästa kandidaten
Plutonium som fyllning av en kärnkraftsladdning är bra för alla, bara det tillåter inte att skapa en verkligt kompakt laddning, eftersom den har en ganska stor kritisk massa - 10,4 kg. Med en plutoniumdensitet på 19,8 g per kubikcentimeter är sfärens volym 525,2 kubikmeter. cm, och dess diameter är 10,1 cm. Dessutom är det nödvändigt att inte ta en kritisk massa, utan något mer, säg 1,2 eller 1,35 kritisk massa, för att den ska smälla. Detta beror på att detonationssystemet och neutronsäkring i en kompakt laddning inte är lika bra som i en flygbombe eller missilstridshuvud, och för att uppnå effekten är det nödvändigt att ha ett större utbud av fissilt material. Därför användes kompakta plutoniumladdningar vanligtvis 13-15 kg plutonium (för 13 kg är kulans diameter 10,7 cm), formad till en äggformad eller cylindrisk kärna.
I princip erhölls laddningar inom kraftområdet från flera hundra kg till 10-15 kt TNT-ekvivalent, även om de är tunga, men ganska lämpliga för artilleriskal med stora kaliber. Men det var en allvarlig invändning: varför använda plutonium av värdefullt vapenklass för en lågeffektladdning, om du kan göra en termonukleär ammunition med en makalöst större kraft? Ett stridshuvud på 400 kiloton ger en effekt som är mycket större än 10-15 kt eller ännu mindre.
I allmänhet fanns det två orsaker till att kärnkraftsladdningar med låg effekt upphör att gälla: inte alltför kompakta dimensioner, vilket gjorde det svårt att använda dem, och militärekonomiska argument för den irrationella att spendera den värdefulla isotopen.
På 1950-talet fanns det inget som ersatte uran och plutonium som isotoper av vapenklass. Men en tid har gått sedan dess och en bra kandidat har dykt upp - americium-242. Denna isotop bildas under förfall av plutonium-241 (bildas under infångningen av en neutron av uran-238) och ingår i plutoniumbehandlingsavfall och använt kärnbränsle (SNF). Efter 26 år förfaller all plutonium-241 till americium-241, vars halveringstid är mycket längre - 432,2 år. Således bör SNF lossas från reaktorer och förvaras i slutet av 1980-talet och början av 1990-talet redan innehålla en betydande mängd americium-241. Dess isolering, så långt man kan bedöma, utgör inga speciella svårigheter.
Kampanjvideo:
Americium-241 används inom industrin, till exempel i anordningar för kontinuerlig mätning av tjockleken på valsat stål, såsom det som visas på fotot.
Om am-241 bestrålas med neutroner, kommer en ännu mer anmärkningsvärd isotop av americium-242m att erhållas. Eftersom en reaktor baserad på americium-242 designades i Obninsk, avsedd för att erhålla neutronstrålning för medicinska ändamål, gavs vissa uppgifter om dess produktion. 1 gram am-242m bildas genom bestrålning av 100 gram am-241 (den erhölls vid den nu demonterade BN-350-reaktorn i Shevchenko, Kazakstan), och för att erhålla denna mängd räcker det att bearbeta 200 kg åldrad SNF. Vi har mycket av det här: cirka 20 tusen ton använt kärnbränsle och en årlig produktion på cirka 200 ton mer. Den ackumulerade SNF är tillräcklig för att producera cirka 1000 kg am-242m.
Vad är AM-242M bra för? Extremt låg kritisk massa. Den rena isotopen har en kritisk massa på endast 17 gram. Med en täthet av americium på 13,6 g per kubikcentimeter kommer det att vara en boll med en diameter på 1,33 cm. Om vi tar 1,35 av den kritiska massan, så kommer kulan att vara 1,45 cm i diameter. Med en reflektor och ett sprängsystem är det fullt möjligt att hålla sig i storlek 40 -mm projektil. Energiutsläppet på 1 g am-242m motsvarar ungefär 4,6 kg TNT, så att en sådan laddning med 22,9 g av isotopen ger ungefär 105 kg TNT.
Du kan använda en blandning av am-241 och am-242m. Med det sistnämnda innehållet på 8% kommer den kritiska massan att vara 420 gram. Kulans diameter kommer att vara 3,8 cm. Det kan vara en kärngranat för en RPG, en gruva för en 82 mm murbruk och så vidare. Energiutsläppet kommer att vara cirka 2 ton TNT-ekvivalent.
I allmänhet är den bästa kandidaten för att fylla mycket kompakta kärnkraftsladdningar, upp till kärnkraftsprojektiler med liten kaliber. Americium är också bra genom att det avger lite värme under sönderfallet, nästan inte värms upp, och därför behöver inte lagring av kärnvapen ammunition fylld med americium inte kylskåp. Den långa halveringstiden: am-241 - 433,2 år, am-242m - 141 år, tillåter också produktion och lagring av americium för framtida användning. Sådan ammunition kan lagras i 30-40 år utan betydande förändringar i deras egenskaper, medan plutonium måste skickas för rengöring från förfallsprodukter efter 10-15 år.
Americium-laddningen kan användas på egen hand och också som en kärnneutron-säkring för kraftigare laddningar. Om det visar sig att americiumladdningen kan initiera en termonukleär reaktion (vilket kan vara), kommer möjligheten att skapa mycket kompakta och lätta, men samtidigt kraftfulla termonukleära laddningar att öppnas.
Stridsspets för guidade missiler
En viktig fråga är vad en så mycket kompakt americiumladdning kan användas för. Till exempel kommer vi att ta en laddning utrustad med cirka 500 gram americium och en energiutsläpp på 2,3-2,5 ton TNT-ekvivalent. Den totala vikten av denna produkt kan vara så lite som 2-3 kg. Var och hur kan den tillämpas?
Yt-till-luft och luft-till-luft-missiler, det vill säga anti-flygplan och luftfartyg missiler, utformade för att förstöra flygplan. För ett flygplan är ett övertryck på 0,2 kgf / cm2 definitivt farligt (belastningen på vingen på Su-35 kan till exempel uppgå till 0,06 kgf / cm2). En explosion av en kompakt kärnkraftsladdning med en kapacitet på 2,3 ton kommer att skapa ett sådant övertryck på ett avstånd av cirka 210 meter, och ett övertryck på 1,3 kgf / cm2, där flygplanets förstörelse säkert kommer att inträffa, kommer att skapa en explosion på ett avstånd av 60 meter. Närhetssäkringar hos flygplanets missiler initierar vanligtvis en laddning på ett avstånd av 3-5 meter från målet, och i detta fall lyser målplanet definitivt inte - garanterat nederlag! Fina stänk av metall och ett moln med radioaktiva ångor.
Anti-ship-missiler. Små anti-ship-missiler, som Kh-35 och liknande, de mest praktiska att använda (det finns flygplan, helikopter, fartyg, mark och till och med containerbuttrar), tyvärr är de så svaga att de inte kan sjunka, men till och med på allvar skada alla stora fartyg. Detta syns tydligt i skottet vid det avvecklade tanklandningsfartyget USS Racine (LST-1191). Det drabbades av 12 anti-ship-missiler, liknande Kh-35, och fartyget förblev flytande. De slutade bara med honom med en torpedo. Detta är inte förvånande om missilstridshuvudet har en vikt på 150-250 kg och deras effekt är relativt låg. Att utrusta X-35-missilen med en amerikansk kärnkraftsladdning av ovanstående egenskaper gör denna missil mycket farligare även för stora fartyg. Om en förstörare av Arleigh Burke-klass drabbas av en sådan missil kommer den som bäst att kräva långa fabriksreparationer. Men man kan också räkna med att sjunka, eftersom en explosion av sådan kraft mycket väl kan förstöra fartygets skrov.
USS Fitzgerald (DDG-62) efter kollision med ett filippinskt containerfartyg den 17 juni 2017. Destroyers av denna typ har en designfel, varför fartyget efter en kollision och ett hål förlorade hastigheten på grund av översvämningen av maskinrummet. Om en sådan förstörare träffas av en raket med en amerikansk laddning, kommer den sannolikt att sjunka.
Torpeder. I allmänhet gör en laddning med en kapacitet på 2,3 ton TNT-ekvivalent installerad i en torpedo, även inte den mest moderna, den till ett tvingande argument mot även stora fartyg och fartyg.
ATGM. Om vikten på hela ammunitionen ligger i intervallet 2-3 kg kan de utrustas med missiler för anti-tank missilsystem, till exempel "Cornet". Den har ett bra skjutområde, upp till 5,5 km, vilket gör det ganska säkert att använda en kompakt och lågeffekt kärnkraftsladdning. Alla, till och med den senaste och mest skyddade tanken, kommer att garanteras att förstöras av en sådan missil.
Redan från denna mycket korta översikt är det tydligt att den bästa bäraren för så mycket kompakta kärnkraftsladdningar är olika typer av styrda missiler. Den amerikanska avgiften kommer att visa sig vara ganska dyr och det kommer inte att vara möjligt att producera så många av dem, flera hundra, kanske upp till tusen stycken. Därför måste de skjuta på något värdefullt och viktigt, vilket åtminstone ekonomiskt motiverar dess användning. Mål: flygplan, fartyg, luftförsvarssystem, radarer, eventuellt också de senaste (det vill säga de dyraste) tankarna och självgående vapen. Kombinationen av precisionen hos styrda missiler med det mycket högre utbytet av den amerikanska laddningen jämfört med standardsprängämnen skulle göra ett sådant vapen mycket effektivt.
Författare: Dmitry Verkhoturov
