5-8. Обманчивая простота спирального взрывомагнитного генератора. Визит в центр разработки ядерного оружия. Первая открытая публикация об излучателе

5-8. Обманчивая простота спирального взрывомагнитного генератора. Визит в центр разработки ядерного оружия. Первая открытая публикация об излучателе

Предложенный в 50-х годах А. Сахаровым, спиральный ВМГ (СВМГ) выглядит примитивным устройством (рис. 5.10): спираль, а внутри нее — металлическая труба 1, заполненная взрывчатым веществом 2. При подрыве газы растягивают трубу в конус, основание которого движется по виткам 3 обмотки, замыкая их и приближая точку контакта к нагрузке 4, куда и вытесняется магнитный поток. Усиление тока равно отношению начальной и конечной (нагрузочной) индуктивностей помноженному на долю сохраненного в ВМГ магнитного потока. Казалось бы, естественно увеличивать начальную индуктивность, наматывая обмотку с постоянным и наименьшим возможным шагом. Это — простое, но ложное представление.

Рассмотрим два СВМГ, различающихся лишь обмотками (рис. 5.11). Та, что справа намотана с постоянным шагом по всей /длине, поэтому и площадь сжимаемого контура уменьшается расширяемой взрывом трубой линейно. Слева сжимаемый контур образован профилированной обмоткой (начальный шаг намотки одинаков для обеих вариантов, по у «профилированного» он увеличивается, по мере приближения к нагрузке).

Пусть в начальный момент времени ток одинаков. Для СВМГ справа это означает, что энергия запитки у него больше, поскольку индуктивность обмотки выше. Но вот преимущество в усилении тока — за «левым» вариантом: за равный промежуток времени труба «отсечет» (показано пунктиром) то же число витков (начальные шаги намотки равны), но нагрузки для примерно равных наведенных ЭДС будут существенно различаться: в «левом» случае остаточная индуктивность меньше. К тому же, в «левой» обмотке меньше потери потока на диффузию, так как меньше длина провода «остатка» сжатого контура.

По мере дальнейшего движения конуса, преимущество «профилированного» варианта будет возрастать, потому что в каждом из последующих его участков будет течь больший начальный ток. Если нагрузка подобрана правильно («согласована») и усиление продолжается вплоть до закорачивания расширяющейся трубой последнего витка, «левый вариант» имеет все предпосылки не только компенсировать начальное энергетическое преимущество «правого», но и далеко превзойти его. Настырный может задать вопрос: «А где же предел возрастания шага намотки от витка к витку?». Стоит вспомнить, что большой ток еще не гарантирует получения большой магнитной энергии, которая зависит не только от квадрата тока, но и от индуктивности. Так что, все более «круто» профилируя обмотку, можно прозевать момент, когда ВМГ вообще перестанет усиливать энергию и даже начнет терять ее, несмотря на значительный генерируемый ток!

^{Рис. 5.10. Схема спирального взрывомагнитного генератора}

^{Рис. 5.11. Схема работы спирального ВМГ с постоянным шагом намотки (справа) и намоткой, шаг которой увеличивается}

Обычно изоляция провода постоянна по толщине, а значит и рабочее напряжение рационально делать постоянным. В таком случае возрастание шага намотки с длиной — экспоненциальное. Если все параметры подобраны правильно, го СВМГ представляет собой очень эффективный усилитель, ведь если, в имплозивном ВМГ усиление заканчиваются после того, как диаметр лайнера уменьшился в несколько раз, то отношение начальной индуктивности спирали к индуктивности нагрузки может достигать многих тысяч, а усиление тока и энергии — до трех порядков.

Нельзя сказать, что первые из созданных в нашей лаборатории СВМГ никуда не годились. В паре опытов во время летней сессии на полигоне Кызбурун-3 был достигнут ток, превышавший полтора миллиона ампер через индуктивную нагрузку в 30 нГн (рис. 5.12). Однако полагать, что за полгода удастся достичь уровня, которого коллективы компетентных специалистов добивались десятилетиями, было бы непростительной самоуверенностью. Наибольший опыт в области магнитной кумуляции был накоплен во ВНИИ экспериментальной физики — центре создания ядерного оружия, письма в который адресовались в не обозначенный на картах город Арзамас-16.

Передать разработку СВМГ этой организации представлялось рациональным: задачи лаборатории и без того были сложны. Стараться же расширить их круг, увеличивая численность сотрудников, вряд ли было целесообразно: опыт показывал, что от этого продвижение к цели ощутимо не ускоряется. Одной из проблем был часто встречавшийся комплекс исполнителя: выполняя долго какую-нибудь работу, человек быстро убеждал себя в своей незаменимости. Например, рабочий, найдя ошибку в чертеже или предложив мелкое улучшение, начинал считать себя более разбирающимся в проблеме, чем те, кто давал ему задания. Государство всемерно способствовало развитию подобных настроений, льстиво подтверждая их цитатами из марксистско-ленинских опусов. Небогатые логикой установки на руководящую роль рабочего класса прославлялась в многочисленных песнях, иногда с гордыми, но, по-видимому, не совсем верно адресованными, такими, например, сентенциями: «А без меня, а без меня тут ничего бы не стояло…» — казалось бы, такой эффект должен интересовать прежде всего медицинских работников, специалистов по восстановлению репродуктивной функции у мужчин. Встречались аналогичные комплексы и среди ученых. Например, выезжая на испытания с емкостными и рупорными антеннами, понимая, что с такими приборами полноценной информации не получить, человек, тем не менее, убеждал себя в том, что в стране не найдется и полутора десятков специалистов с квалификацией, равной его собственной. Попытки устранить противоречие между самооценкой и фактами за счет заимствования чужих результатов приводили к демонстрации еще большей беспомощности.

^{Рис. 5.12. При работе спирального ВМГ, производная тока в хорошо согласованной нагрузке экспоненциально зависит от времени}

Налаживание связей с ВНИИЭФ было непростым делом: мешали барьеры секретности. Помог случай.

1987 был годом реорганизации советского военно-промышленного комплекса и ЦНИИХМ посетил недавно назначенный министром оборонной промышленности Б. Белоусов — чтобы лично ознакомиться с работами, проводимыми в центральном институте отрасли. Радиоинженер по образованию, министр проявил интерес к докладу об электромагнитных боеприпасах и спросил, что можно сделать для ускорения работ. В числе других мер, было названо и установление контактов с ВНИИЭФ. Оформление пропуска после указания министра пошло быстрее и 15 октября я ступил на землю древней Саровской пустыни[75].

Уже первые контакты с учеными ВНИИЭФ: В.Демидовым, С. Паком, Б. Гриневичем, Л. Пляшкевичем, А. Кравченко, Г. Волковым, В. Стрекиным, А. Скобелевым оказались весьма полезными. Компетентные специалисты и радушные люди, они были готовы оптимизировать СВМГ, но эту работу имело смысл начинать только после того, как не останется сомнений, какие параметры токового импульса необходимо обеспечить в нагрузке — ЦУВИ. Методики измерений больших токов в ВНИИЭФ были отработаны до мельчайших подробностей и делегация ЦНИИХМ получила приглашение провести там испытания.

В 1987 году теоретики Бармина осмыслили как результаты полученные годом ранее, так и новые — от испытаний «демонстрационной» сборки ЕХ-10 (рис. 5.13). В этой сборке начальное магнитное поле создавалось системой постоянных магнитов. Хотя слабое начальное поле не позволяло достигнуть рекордной мощности РЧЭМИ, сигналы на антеннах были вполне заметными и этот факт позволял советовать заткнуться тем, кто еще продолжал твердить про наводки от больших токов разряда конденсаторной батареи. В 1987 году была подготовлена первая статья о ЦУВИ (опубликована в «Докладах Академии наук» в июне 1988 г.). Цензуру удалось перехитрить, заменив слова «электромагнитное излучение» на «диссипативные потери электромагнитной энергии».

^{Рис. 5.13. Сборка ЕХ-10. Начальное поле в рабочем теле создается системой постоянных магнитов. 1 — детонатор; 2 — детонационная разводка из эластичной взрывчатки; 3 — постоянные магниты; 4 — рабочее тело; 5 — кольцо из взрывчатки}