Америций-242: для разнообразия ядерной войны
Малогабаритным и маломощным ядерным зарядам исторически не повезло. В те благословенные времена, когда ядерные заряды всяких типов активно разрабатывались и испытывались, для них не было подходящего изотопа. В наличии были только плутоний-239 и уран-235, а из них компактный ядерный заряд не сделаешь. Конечно, американская боеголовка W54 весом 23 кг весьма выгодно смотрелась на фоне «Толстяка» весом 4,6 тонны, но все же не была настолько компактной, как хотелось бы.
Эта боеголовка, судя по всему, была одной из последних, которую реально испытывали ядерным взрывом.
Последующий мораторий на ядерные испытания резко затормозил работы, в силу чего в ядерном арсенале остались главным образом мощные изделия. Сейчас, когда режим нераспространения и ограничения ядерного оружия, похоже, стоит на пороге своего издыхания, становится возможно вернуться к разработке новых типов ядерных зарядов, которые могут разнообразить ядерную войну.
Америций — лучший кандидат
Плутоний в качестве начинки ядерного заряда всем хорош, только он не позволяет создать истинно компактный заряд, поскольку имеет довольно большую критическую массу — 10,4 кг. При плотности плутония в 19,8 г на кубический сантиметр объем шара составит 525,2 куб. см, а его диаметр — 10,1 см. К тому же, чтобы бахнуло, надо брать не одну критическую массу, а несколько больше, скажем, 1,2 или 1,35 критической массы. Это вызвано тем, что система подрыва и нейтронный запал в компактном заряде не столь хороши, как в авиабомбе или ракетной боеголовке, и для достижения эффекта надо иметь больший запас делящегося вещества. Поэтому компактные плутониевые заряды использовали обычно 13-15 кг плутония (для 13 кг диаметр шара 10,7 см), сформированном в ядро яйцеобразной или цилиндрической формы.
В принципе, получились хоть и тяжелые, но вполне пригодные для крупнокалиберных артснарядов, ракет и мин заряды в диапазоне мощности от нескольких сотен кг до 10-15 кт тротилового эквивалента. Но тут было серьезное возражение: зачем использовать драгоценный оружейный плутоний на маломощный заряд, если можно сделать термоядерный боеприпас мощностью несравненно большей? 400-килотонная боеголовка добьется эффекта куда большего, чем на 10-15 кт или даже меньше.
В общем, причин для отставки маломощных ядерных зарядов было две: не слишком компактные габариты, затруднявшие их применение, и военно-хозяйственные аргументы нерациональности расходования ценного изотопа.
В 1950-х годах заменить уран и плутоний в качестве оружейных изотопов было нечем. Но с тех пор прошло некоторое время и появился хороший кандидат — америций-242. Этот изотоп образуется при распаде плутония-241 (образуется при захвате нейтрона ураном-238), и содержится в отходах переработки плутония и отработанном ядерном топливе (ОЯТ). Через 26 лет весь плутоний-241 распадется на америций-241, период полураспада которого значительно больший — 432,2 года. Таким образом, ОЯТ, выгруженное из реакторов и положенное в хранилище в конце 1980-х — начале 1990-х годов, уже должно содержать в себе значительное количество америция-241. Выделение его, насколько можно судить, не представляет особых трудностей.
Америций-241 используется в промышленности, например, в приборах непрерывного измерения толщины стального проката, вроде того, что показан на фото
Если ам-241 облучить нейтронами, то получится еще более замечательный изотоп америций-242м. Поскольку в Обнинске проектировали реактор на америции-242, предназначенный для получения нейтронного излучения в медицинских целях, то были приведены некоторые данные о его получении. 1 грамм ам-242м образуется при облучении 100 граммов ам-241 (его получали на ныне демонтированном реакторе БН-350 в Шевченко, в Казахстане), и для получения этого количества достаточно переработать 200 кг выдержанного ОЯТ. Этого добра у нас порядочно: около 20 тысяч тонн ОЯТ и ежегодное производство еще около 200 тонн. Накопленного ОЯТ достаточно для производства порядка 1000 кг ам-242м.
Чем ам-242м хорош? Исключительно малой критической массой. Чистый изотоп имеет критическую массу всего в 17 граммов. При плотности америция в 13,6 г на кубический сантиметр, это будет шарик диаметром в 1,33 см. Если взять 1,35 критической массы, то шарик будет диаметром 1,45 см. С отражателем и системой подрыва вполне можно уложиться в габарит 40-мм снаряда. Энерговыделение 1 г ам-242м примерно соответствует 4,6 кг тротила, так что такой заряд с 22,9 г изотопа даст примерно 105 кг тротилового эквивалента.
Можно использовать смесь из ам-241 и ам-242м. При содержании последнего в 8% критическая масса составит 420 граммов. Диаметр шарика будет составлять 3,8 см. Это может быть ядерная граната для РПГ, мина для 82-мм миномета и так далее. Энерговыделение составит около 2 тонн тротилового эквивалента.
В общем, лучший кандидат на роль начинки для очень компактных ядерных зарядов, вплоть до малокалиберных ядерных снарядов. Америций еще также хорош тем, что он при распаде выделяет мало тепла, почти не греется, и потому хранение ядерных боеприпасов с начинкой америцием не требует холодильников. Долгий срок полураспада: ам-241 — 433,2 года, ам-242м — 141 год, также позволяет производить и накапливать америций впрок. Такие боеприпасы могут храниться 30-40 лет без существенного изменения их характеристик, тогда как плутоний уже через 10-15 лет нужно отправлять на очистку от продуктов распада.
Америциевый заряд может использоваться сам по себе, а также в качестве ядерно-нейтронного запала для более мощных зарядов. Если окажется, что америциевый заряд может инициировать термоядерную реакцию (что вполне может быть), то откроется возможность создания очень компактных и легких, но при этом мощных термоядерных зарядов.
Боевая часть для управляемых ракет
Немаловажный вопрос состоит в том, для чего может применяться подобный очень компактный америциевый заряд. Для примера мы возьмем заряд, снаряженный примерно 500 граммами америция и энерговыделением 2,3-2,5 тонн тротилового эквивалента. Общий вес этого изделия может быть в пределах всего лишь 2-3 кг. Где и как его можно применить?
Ракеты класса «земля-воздух» и «воздух-воздух», то есть зенитные и авиационные, предназначенные для поражения самолетов. Для самолета избыточное давление в 0,2 кгс/см2 определенно опасно (нагрузка на крыло у Су-35 может, к примеру, достигать 0,06 кгс/см2). Такое избыточное давление взрыв компактного ядерного заряда мощностью 2,3 тонн создаст на расстоянии примерно 210 метров, а избыточное давление в 1,3 кгс/см2, при котором точно наступит разрушение самолета, взрыв создаст на расстоянии 60 метров. Неконтактные взрыватели авиационных ракет обычно инициируют заряд на расстоянии 3-5 метров от цели, и в этом случае самолету-цели точно ничего хорошего не светит — гарантированное поражение! Мелкие брызги металла и облачко радиоактивных паров.
Противокорабельные ракеты. Небольшие ПКР, такие как Х-35 и аналогичные, наиболее удобные для применения (существуют авиационные, вертолетные, корабельные, наземные и даже контейнерные пусковые установки), к сожалению, настолько слабы, что не могут не то, чтобы потопить, но и даже серьезно повредить сколько-нибудь крупный корабль. Это хорошо видно по стрельбам по списанному танкодесантному кораблю USS Racine (LST-1191). В него попало 12 противокорабельных ракет, аналогичных Х-35, и при этом судно осталось на плаву. Покончили с ним только торпедой. Это неудивительно, если боевая часть ракет имеет 150-250 кг веса и мощность их сравнительно невелика. Оснащение ракеты типа Х-35 америциевым ядерным зарядом вышеуказанных характеристик делает эту ракету намного более опасной даже для крупных кораблей. Если эсминец типа Arleigh Burke подвергнется удару подобной ракетой, то и в самом лучшем для него случае потребуется длительный заводской ремонт. Но можно рассчитывать и на потопление, поскольку взрыв такой мощи вполне может разрушить корпус корабля.
USS Fitzgerald (DDG-62) после столкновения с филиппинским контейнеровозом 17 июня 2017 года. У эсминцев этого типа есть конструктивный дефект, в силу чего после столкновения и пробоины корабль потерял ход из-за затопления машинного отделения. Если в такой эсминец попадет ракета с америциевым зарядом, вероятно, он потонет
Торпеды. Вообще заряд мощностью 2,3 тонны тротилового эквивалента, установленный в торпеде, даже не самой современной, превращает ее в веский аргумент против даже крупных судов и кораблей.
ПТРК. Если вес всего боеприпаса будет в диапазоне 2-3 кг, то ими можно оснащать ракеты к противотанковым ракетным комплексам, например, «Корнет». У него неплохая дальность стрельбы, до 5,5 км, что позволяет вполне безопасно использовать компактный и маломощный ядерный заряд. Любой, даже самый новейший и самый защищенный танк, будет гарантированно уничтожен такой ракетой.
Уже из этого весьма краткого обзора видно, что наилучший носитель для подобных очень компактных ядерных зарядов — это различные виды управляемых ракет. Америциевый заряд получится довольно дорогой и их можно будет произвести не столь много, несколько сотен, возможно, до тысячи штук. Потому ими нужно стрелять в нечто ценное и важное, что хотя бы экономически будет оправдывать его применение. Цели: самолеты, корабли, ЗРК, радары, возможно, также новейшие (то есть наиболее дорогие) танки и самоходки. Сочетание точности управляемых ракет с гораздо большей мощностью америциевого заряда по сравнению со стандартной взрывчаткой сделает такое оружие очень эффективным.