Содержание

Пентагон вернется к разработке нейтронных пушек — Российская газета

Замминистра обороны США по исследованиям и разработкам Майкл Гриффин назвал нейтронные пушки одним из наиболее перспективных видов оружия в космическом пространстве.

Гриффин — по образованию инженер и физик, ранее возглавлявший НАСА. Он был утвержден на новую должность в Пентагоне в феврале 2018 года и теперь, как отмечают эксперты, во многом будет определять вектор развития американских военных технологий. «Направленная энергия — это не только большие лазеры, — рассказал чиновник порталу Defense One. — Мощное микроволновое излучение может привести к уничтожению электроники». Это, по его словам, верно и в отношении направленных пучков нейтральных частиц.

Гриффин напомнил, что в конце 80-ых и начале 90-ых годов американцы исследовали возможность использования нейтронных пушек в космосе в качестве элементов системы противоракетной обороны и даже проводили испытания на этот счет. Он призвал к новым усилиям с уже опробованными технологиями, а также готов приветствовать «другие подходы, которые в последние десятилетия не были в центре внимания».

«Пучковое оружие на нейтральных частицах может быть полезным в разных средах», — пояснил замглавы Пентагона, назвав еще одним преимуществом то, что такое излучение практически «не оставляет противнику информации о том, кто или что нанесло урон». Как отмечает Defense One, прежде всего речь идет о космическом пространстве. Нацеленность на использование этого типа оружия именно в космосе обусловлена свойствами нейтральных частиц. Узкий пучок распространяется с околосветовой скоростью и прямолинейно, не отклоняясь под воздействием магнитного поля земли даже на больших расстояниях. Нейтральные частицы лучше проникают через броню и иные препятствия, чем другие виды излучения. В земных условиях дальнобойность и эффективность такого оружия ограничена из-за сильного поглощения нейтральных частиц атмосферой.

В тоже время, комментируя ракетную угрозу со стороны КНДР, Гриффин признал, что в ближнесрочной перспективе «наиболее практичным решением для ликвидации носителей боезарядов на месте запуска или сразу после старта останутся кинетические средства и противоракеты».

Нейтронное оружие как разновидность ядерного.

Известно несколько основных разновидностей ядерного оружия, и одним из них является нейтронное (ERW в англоязычной терминологии). Концепция такого вооружения появилась еще в середине прошлого века и затем в течение нескольких десятилетий доводилась до применения в реальных системах. Были получены определенные результаты, но после развитие нейтронного оружия фактически остановилось. Имевшиеся образцы были сняты с вооружения, а разработка новых не осуществлялась. Почему особое вооружение, некогда считавшееся перспективным и необходимым армиям, достаточно быстро сошло со сцены? …

Автором идеи нейтронного оружия, а именно нейтронной бомбы считается американский физик Сэмюэл Т. Коэн из Ливерморской национальной лаборатории. В 1958 году он предложил оригинальный вариант ядерного боеприпаса со сниженной мощностью подрыва и повышенным выходом нейтронов. Согласно расчетам, подобное устройство могло показывать определенные преимущества перед «традиционными» ядерными бомбами. Оно получалось менее дорогим, более простым в эксплуатации и при этом способным показывать необычные результаты. В английской терминологии подобная концепция обозначается как Enhanced Radiation Weapon («Оружие с повышенным излучением»).

Концепция нейтронной бомбы / ERW предусматривает изготовление ядерного боеприпаса сокращенной мощности с отдельным блоком, служащим источником нейтронов. В реальных проектах в этой роли чаще всего использовался один из изотопов бериллия. Подрыв нейтронной бомбы осуществляется обычным путем. Ядерный взрыв провоцирует термоядерную реакцию в дополнительном блоке, и ее результатом становится выброс потока быстрых нейтронов. В зависимости от конструкции боеприпаса и других факторов, в виде нейтронов может выделяться от 30 до 80% энергии термоядерной реакции.


Поток нейтронов может быть использован для поражения тех или иных целей. Прежде всего, ERW рассматривалось в качестве более эффективного средства поражения живой силы противника. Также в ходе исследований были найдены другие сферы его применения, в которых такое оружие показывало преимущества перед прочими вооружениями.

Ливерморская национальная лаборатория продолжала теоретическую работу по теме ERW в течение нескольких лет. В 1962 году состоялись первые испытания опытного боеприпаса. Позже появился проект заряда, пригодного для реального применения. С 1964 года велось проектирование боевых частей для баллистической ракеты MGM-52 Lance. Годом позже стартовала разработка боеголовки для противоракеты комплекса Sprint. Также предлагались иные проекты нейтронных боезарядов разного рода различного назначения. К середине семидесятых годов США запустили серийное производство нескольких новых боевых блоков типа ERW, предназначенных для ракет ряда типов.

Достаточно быстро стало ясно, что применение нейтронного заряда в атмосфере серьезно ограничивает радиус поражения ввиду поглощения и рассеивания частиц воздухом и водяным паром. В связи с этим создание мощного нейтронного боеприпаса для применения «по земле» было нецелесообразным, и серийные изделия такого рода имели мощность не более 10 кт. В то же время, весь потенциал нейтронного оружия можно раскрыть в космосе. Так, для противоракетной обороны создавались боевые части мощностью в несколько мегатонн.

По известным данным, в нашей стране работы по теме нейтронного оружия велись с начала семидесятых годов. Первые испытания бомбы нового типа состоялись в конце 1978 года. Затем разработка боеприпасов продолжилась и привела к появлению нескольких новых изделий. Насколько известно, СССР планировал использовать нейтронные боеприпасы в качестве тактического ядерного оружия, а также на ракетах-перехватчиках противоракетной обороны. Эти планы были успешно реализованы.

Согласно открытой информации, в конце шестидесятых аналогичный проект появился у Франции. Затем к разработке нейтронного оружия присоединились Израиль и Китай. Предположительно, со временем на вооружении этих государств появились те или иные боеприпасы с повышенным выходом быстрых нейтронов. Впрочем, по известным причинам, некоторые из них не спешили раскрывать информацию о своих вооружениях.

С определенного времени ведущие страны вместе с нейтронной бомбой разрабатывали другой вариант подобного оружия – т. н. нейтронную пушку. Эта концепция предусматривает создание генератора быстрых нейтронов, способную излучать их в указанном направлении. В отличие от бомбы, «разбрасывающей» частицы во все стороны, пушка должна была стать оружием избирательного действия.

В начале восьмидесятых годов нейтронное оружие стало одним из поводов для ухудшения отношений между Советским Союзом и Соединенными Штатами. Москва указывала на негуманный характер такого вооружения, а Вашингтон говорил о необходимости симметричного ответа на советскую угрозу. Подобное противостояние продолжалось в течение нескольких следующих лет.

После распада СССР и окончания Холодной войны США приняли решение отказаться от нейтронных вооружений. В других странах, по разным данным, подобные изделия сохранились. Впрочем, согласно некоторым источникам, от нейтронных бомб отказались почти все страны-разработчики. Что касается нейтронных пушек, то подобное оружие так и не вышло за пределы лабораторий.

Сферы применения

Согласно известным заявлениям и легендам прошлых лет, нейтронная бомба является жестоким и циничным оружием: она убивает людей, но не разрушает имущество и материальные ценности, которые затем может присвоить жестокий и циничный противник. Тем не менее, в реальности все было иначе. Высокая эффективность и ценность нейтронного оружия для армий определялись иными факторами. Отказ от такого оружия, в свою очередь, тоже имел причины, далекие от чистого гуманизма.


Поток быстрых нейтронов в сравнении с поражающими факторами «обычного» ядерного взрыва показывает лучшую проникающую способность и может поражать живую силу противника, находящуюся под защитой построек, брони и т.д. Впрочем, нейтроны сравнительно быстро поглощаются и рассеиваются атмосферой, что ограничивает реальный радиус действия бомбы. Так, нейтронный заряд мощностью 1 кт при воздушном подрыве разрушает постройки и моментально убивает живую силу в радиусе до 400-500 м. На больших расстояниях влияние ударной волны и потока нейтронов сокращается, из-за чего уже на расстоянии 2-2,5 км влияние частиц на человека минимально и не представляет фатальной угрозы.

Таким образом, вопреки устоявшимся стереотипам, поток нейтронов оказывается не заменой прочим поражающим факторам, а дополнением к ним. При использовании нейтронного заряда ударная волна наносит окружающим объектам ощутимый ущерб, и ни о каком сохранении имущества речи не идет. Одновременно с этим специфика рассеивания и поглощения нейтронов ограничивает целесообразную мощность боеприпаса. Тем не менее, и такому оружию с характерными ограничениями нашли применение.

Прежде всего, нейтронный заряд может применяться в качестве дополнения к другому тактическому ядерному оружию (ТЯО) – в виде авиабомбы, боевой части для ракеты или артиллерийского снаряда. От «обычных» атомных боеприпасов такое оружие отличается принципами действия и иным соотношением эффекта от поражающих факторов. Тем не менее, в боевой обстановке и ядерная, и нейтронная бомба способны оказывать необходимое воздействие на противника. При этом последняя в некоторых ситуациях имеет серьезные преимущества.

Еще в пятидесятых и шестидесятых годах прошлого века бронетехника получила системы защиты от оружия массового поражения. Благодаря им танк или иная машина, попав под ядерный удар, могла выдержать основные поражающие факторы – если находилась на достаточном расстоянии от центра взрыва. Таким образом, традиционное ТЯО могло быть недостаточно эффективным против «танковой лавины» противника. Опыты показали, что мощный поток нейтронов способен пройти через бронирование танка и поразить его экипаж. Также частицы могли взаимодействовать с атомами материальной части, приводя к появлению наведенной радиоактивности.


Нейтронные заряды также нашли применение в сфере противоракетной обороны. В свое время несовершенство систем управления и наведения не позволяло рассчитывать на получение высокой точности поражения баллистической цели. В связи с этим противоракеты предлагалось оснащать ядерными боевыми частями, способными обеспечить относительно большой радиус поражения. Однако одним из основных поражающих факторов атомного взрыва является взрывная волна, не образующаяся в безвоздушном пространстве.

Нейтронный боеприпас, согласно расчетам, мог показывать в разы большую дальность гарантированного поражения ядерного боевого блока – распространению высокоскоростных частиц не мешала атмосфера. Попадая на делящееся вещество в боеголовке-цели, нейтроны должны были вызывать преждевременную цепную реакцию без достижения критической массы, также известную как «эффект шипучки». Результатом такой реакции является маломощный взрыв с разрушением боезаряда. По мере развития противоракетных систем выяснилось, что поток нейтронов можно дополнить мягким рентгеновским излучением, повышающим общую эффективность боевой части.

Тактический ракетный комплекс армии США MGM-52 Lance — первый в мире носитель нейтронной боевой части

Аргументы против

Разработка нового оружия сопровождалась поиском способов защиты от него. По результатам таких исследований, уже в семидесятых-восьмидесятых годах начали внедряться новые методы защиты. Широкое их применение известным образом сказалось на перспективах нейтронного оружия. По всей видимости, именно технические вопросы стали основной причиной постепенного отказа от такого вооружения. В пользу этого предположения говорит тот факт, что изделия типа ERW постепенно вышли из эксплуатации, тогда как противоракеты, по разным данным, до сих пор используют такие боеголовки.

Одной из главных целей для нейтронных бомб была бронетехника, и ее защитили от таких угроз. С определенного времени новые советские танки стали получать специальные покрытия. На внешней и внутренней поверхностях корпусов и башен устанавливались надбои и подбои из специальных материалов, задерживающих нейтроны. Подобные изделия изготавливались с применением полиэтилена, бора и других веществ. За рубежом в качестве средства удержания нейтронов использовались встроенные в броню панели из обедненного урана.

В сфере бронетехники также осуществлялся поиск новых сортов брони, исключающей или сокращающей образование наведенной радиоактивности. Для этого из состава металла удалялись некоторые элементы, способные взаимодействовать с быстрыми нейтронами.

Даже без особой доработки хорошей защитой от потока нейтронов является стационарное сооружение из бетона. 500 мм такого материала ослабляют поток нейтронов до 100 раз. Также достаточно эффективной защитой может быть влажный грунт и другие материалы, применение которых не составляет особой сложности.

По разным данным, не остались без защиты и боевые блоки межконтинентальных баллистических ракет, рискующие столкнуться с нейтронным боезарядом противоракеты. В этой сфере используются решения, аналогичные применяемым на сухопутной технике. Вместе с другой защитой, обеспечивающей стойкость к тепловым и механическим нагрузкам, используются средства поглощения нейтронов.

Старт ракеты-перехватчика Sprint — носителя нейтронной БЧ

Сегодня и завтра

По имеющимся данным, тематикой нейтронного оружия занимались всего несколько стран, обладающих развитой наукой и промышленностью. Насколько известно, Соединенные Штаты отказались от продолжения работ по этой тематике в начале девяностых годов. К концу того же десятилетия все запасы нейтронных боезарядов были утилизированы за ненадобностью. Франция, согласно некоторым источникам, тоже не стала сохранять подобное вооружение.

Китай в прошлом декларировал отсутствие необходимости в нейтронном оружии, но при этом указывал на наличие технологий для его скорого создания. Есть ли у НОАК подобные системы в настоящее время – неизвестно. Схожим образом обстоит дело и с израильской программой. Имеются сведения о создании нейтронной бомбы в Израиле, но это государство не раскрывает информацию о своих стратегических вооружениях.

В нашей стране нейтронное оружие создавалось и производилось серийно. По некоторым данным, часть таких изделий до сих пор остается на вооружении. В зарубежных источниках часто встречается версия о применении нейтронного боезаряда в качестве боевой части противоракеты 53Т6 из состава комплекса ПРО А-135 «Амур». Впрочем, в отечественных материалах по этому изделию упоминается только «обычная» ядерная боеголовка.

В целом, на данный момент нейтронные бомбы не являются самым популярным и распространенным видом ядерного оружия. Они не смогли найти применение в сфере стратегического ядерного вооружения, а также не сумели заметно потеснить тактические системы. Мало того, к настоящему времени большая часть такого вооружения, по всей видимости, вышла из эксплуатации.


Есть основания полагать, что в ближайшем будущем ученые ведущих стран вновь вернутся к тематике нейтронного вооружения. При этом теперь речь может идти не о бомбах или боевых частях для ракет, но о т.н. нейтронных пушках. Так, в марте прошлого года заместитель министра обороны США по перспективным разработкам Майк Гриффин рассказал о возможных путях развития перспективных вооружений. По его мнению, большое будущее имеют т.н. вооружения на основе направленной энергии, в том числе источники пучков нейтральных частиц. Впрочем, замминистра не раскрыл какие-либо данные о старте работ или о реальном интересе со стороны военных.

В прошлом нейтронное оружие всех основных типов считалось перспективным и удобным средством ведения боевых действий. Однако дальнейшая проработка и освоение таких вооружений была связана с рядом трудностей, накладывавших определенные ограничения на применение и расчетную эффективность. Кроме того, достаточно быстро появились эффективные средства защиты от потока быстрых нейтронов. Все это серьезно ударило по перспективам нейтронных систем, а затем привело к известным результатам.

Башня основного танка Т-72Б1. Характерные плиты на куполе и люках — противонейтронный подбой


К настоящему времени – согласно доступным данным – на вооружении остались лишь некоторые образцы нейтронного оружия, причем их количество не слишком велико. Считается, что разработка новых вооружений не ведется. Однако армии мира проявляют интерес к оружию на основе т.н. новых физических принципов, в том числе генераторов нейтральных частиц. Таким образом, нейтронное оружие получает второй шанс, пусть даже и в ином виде. Дойдут ли до эксплуатации и применения перспективные нейтронные пушки – пока говорить рано. Вполне возможно, что они повторят путь своих «собратьев» в виде бомб и других зарядов. Однако нельзя исключать и другой вариант развития событий, при котором они вновь не смогут выйти за пределы лабораторий.

Источник — https://topwar.ru/

P. S. Нейтронная пушка

Этот подвид нейтронного оружия конструктивно представляет собой генератор направленных высокоэнергичных нейтронных пучков. Предположительно, нейтронная пушка представляет собой нейтронный генератор повышенной мощности, который может быть выполнен по реакторному или ускорительному принципу (оба принципа хорошо известны и имеют широкое применение). В «реакторном» варианте нейтронная пушка представляет собой импульсный ядерный реактор, где выход нейтронов обеспечивается реакцией деления твердого или жидкого делящегося материала. В «ускорительном» варианте нейтроны производятся за счёт бомбардировки водородосодержащей (речь идёт об изотопах водорода) мишени пучком заряженных частиц (которые можно разогнать в ускорителе). Нейтроны продуцируются за счет реакции, условно относимой к реакции синтеза. Также возможна конструкция нейтронной пушки на основе так называемой камеры плазменного фокуса.

Источник — https://ru.wikipedia.org/

На американском марсоходе, который отправился к Красной планете, установлена российская «нейтронная пушка» — Наука

МОСКВА, 28 ноября. /Корр. ИТАР-ТАСС Елена Зубцова/. На американском марсоходе «Кьюриосити», который отправился накануне к Красной планете на борту научно-исследовательской автоматической станции Mars Science Laboratory /»Марсианская научная лаборатория»/, установлена российская «нейтронная пушка». Она входит в состав российского прибора ДАН /Динамическое альбедо нейтронов/, основная задача которого — обнаружить признаки жизни на Марсе.

«С помощью генератора-пушки, разработанного во Всероссийском институте автоматики им.Духова, и созданных в ИКИ детекторов мы сможем исследовать ядерный состав марсианского грунта на глубине до 1 м, что позволит геологам определить содержание воды в грунте и выяснить минералогические условия формирования Красной планеты», — рассказал корр. ИТАР-ТАСС Игорь Митрофанов, заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований /ИКИ/ РАН, где был создан прибор ДАН.

Нейтронный генератор, установленный под днищем марсохода, по команде с Земли будет «обстреливать» нейтронами поверхность Марса. За 1 микросекунду генератор выстреливает 10 млн нейтронов, которые затем начинают «выкарабкиваться» из-под поверхности. Детекторы в течение нескольких миллисекунд регистрируют ответное излучение наведенных нейтронов. «По тому, с каким потоком и с какой энергией они будут выходить из-под поверхности, мы как на рентгеновском снимке сможем определить, из чего состоит грунт в той или иной точке вдоль трассы движения», — пояснил суть эксперимента Митрофанов. «В аппаратуре ДАН сконцентрированы самые передовые технологии в области космического приборостроения и ядерной физики, которыми в настоящее время располагает Россия», — подчеркнул он.

Марсоход не имеет солнечных батарей, отметил ученый. Энергией его будет питать установленный на «корме» плутониевый источник. «Поскольку ресурс марсохода зависит не от солнечных батарей, а от надежности самой конструкции аппарата, предполагается, что он сможет исследовать поверхность Марса в течение двух земных лет», — подчеркнул Митрофанов. Ресурс генератора — 10 млн импульсов, которых, по словам ученого, хватит на весь срок работы аппарата, если подавать импульс каждые 10-20 сек. «В областях, где ожидается присутствие в грунте водорода или воды, импульсов будет больше, аппаратура ДАН будет сканировать поверхность наиболее интересных участков для детального изучения грунта контактными методами с применением аналитических приборов марсохода», — отметил он.

Впервые водяной лед в реголите под поверхностью Марса был открыт благодаря российскому прибору ХЕНД, который также был создан в лаборатории космической гамма- спектроскопии ИКИ РАН для марсианского орбитального аппарата «Марс Одиссей», запущенного в 2001 году. В эксперименте ДАН эти исследования будут продолжены на новом уровне. Если прибор ХЕНД измерял нейтроны, образовавшиеся в грунте Марса естественным путем под воздействием космических лучей, то ДАН будет направленно зондировать импульсами нейтронного излучения участок поверхности в ближайшей окрестности марсохода.

Ускорители для терапии и диагностики

Ускорители для терапии и диагностики

    Ионизирующие излучения широко используются как для диагностики, так и для терапии, особенно в онкологии.

Первой стала применяться терапия  рентгеновскими и гамма-квантами (кобальтовая пушка). На рис. 1   для примера показана кобальтовая пушка, в которой имеется 201 источник 60Со, с помощью которых создается такое же количество пучков гамма-квантов. Они все фокусируются на опухоль.

Рис. 1 . Слева − кобальтовая пушка, справа − схема облучения.

     Постепенно кобальтовые пушки все больше заменяют бетатроны, а в последнее время микротроны и линейные ускорители . Эти ускорители работают в двух режимах: в режиме вывода пучка электронов для электронной терапии (небольшой ток пучка) и в режиме генерирования тормозного γ-излучения для гамма терапии (большой ток пучка). Микротроны компактны и относительно дешевы. Для протонной и ионной терапии используются циклотроны, синхротроны, реже − линейные ускорители.


Рис. 2. Воздействие излучений с низкой и высокой плотностью ионизации на ДНК.

   Основной мишенью при действии радиации на клетки являются молекулы ДНК. Молекула ДНК в ядрах человеческих клеток имеет вид двойной спирали. При повреждении ДНК происходит нарушение клеточного деления − митоза . Однако если повреждена только одна из спиралей ДНК, молекула может быть восстановлена. Если произошел разрыв обеих её спиралей, то клетка не может восстановить ДНК и погибает. Основная задача лучевой терапии − повреждать спирали ДНК раковых клеток, лишая их возможности к делению, и приводя их к гибели − аптозу.
    При взаимодействии ионизирующего излучения с тканью образуется большое число вторичных электронов с энергией от 1 до20 эВ. Воздействие электронов с такими энергиями может приводить к разрыву одной или обеих спиралей молекулы ДНК.

Наряду с прямыми повреждениями молекулы ДНК за счет ионизации возможно косвенное поражение структуры ДНК за счет образования под действием радиации химически агрессивных свободных радикалов, в основном продуктов радиолиза воды. Повреждающее действие ионизирующего излучения усиливает кислород (кислородный эффект). Для излучений с небольшими удельными потерями, так называемые редкоионизирующие излучения (рентген, γ-кванты, электроны), повышение концентрации кислорода в среде от 0 до 30-40% приблизительно втрое увеличивает поражающее действие.
    Основной эффект ионизирующего излучения электронов, рентгена и гамма-квантов − генерация свободных радикалов, в частности реактивных форм кислорода, которые и повреждают ДНК. При взаимодействии плотноионизирующих излучений, например тяжелых ионов, на клетки тканей плотность ионизации выше, соответственно радиационное повреждение молекулы ДНК более глубокое, что проиллюстрировано на рис. 2. При воздействии плотноионизирующих излучений на клетки тканей, находящихся в кислородной среде, повреждающий эффект от концентрации кислорода зависит слабо или вообще не зависит.

Гамма и электронная терапия


Рис. 3. Глубинное распределение относительной поглощенной дозы для тормозного излучения электронов с энергией 35, 30, 20, 10 и 5 МэВ. Пунктир – излучение нуклида 60Со и излучение рентгеновской трубки (U = 200 кВ).

     Тормозное излучение в электронных ускорителях возникает  при взаимодействии электронного пучка с конвертором из материала с большим Z. Пучок фотонов формируется коллиматором, расположенным за конвертором. Так как мощность дозы в сечении пучка неоднородна, устанавливаются выравнивающие фильтры.

    Максимальная энергия электронов в медицинских ускорителях обычно < 45 МэВ. При взаимодействии с телом облучаемого из-за вылета вторичных электронов из поверхностных слоев, максимум поглощенной дозы смещен вглубь на расстояние, которое зависит от энергии электронов в ускорителе (рис. 3). Например, для тормозного излучения с максимальной энергией 30 МэВ поглощенная доза максимальна  на глубине ~5 см (ρ = 1 г/см3). В то время как для гамма-излучения 60Co (Еγ = 1.17 и 1.33 МэВ) всего при глубине 6 мм. К сожалению даже выбрав энергию так, чтобы максимум поглощенной дозы приходился на опухоль, здоровые ткани тоже будут облучаться. Для того, чтобы снизить неблагоприятный эффект от облучения здоровых тканей, облучение проводят с разных направлений, используют сложные коллиматоры для ограничения поперечного сечения пучка в различных проекциях, модулируют интенсивность облучения.


Рис. 4. Зависимость относительной дозы от глубины.

    Электроны используются для терапии поверхностных опухолей, а также для интраоперационной лучевой терапии. При интраоперационной лучевой терапии облучаются ложе глубинной злокачественной опухоли сразу после ее удаления во время хирургической операции, когда доступ к нему открыт.
   Распределение поглощённой дозы электронов имеет довольно широкий максимум с крутым спадом в конце пробега (см. рис 4). Глубина проникновения электронов пропорциональна их энергии и может регулироваться. За границей максимального пробега электрона ткани обычно получают лишь небольшую дозу за счет вторичного тормозного излучения. Пучок электронов из ускорителя коллимируется. Кроме того, непосредственно около тела пациента устанавливают аппликатор, состоящий из набора диафрагм из материалов с малым атомным номером, чтобы уменьшить тормозное излучение.
    Самые совершенные линейные ускорители электронов оснащаются так называемыми многолепестковыми коллиматорами. Наличие подвижных узких лепестков (экранов) позволяют блокировать определенную часть пучка. Положение лепестков меняется в процессе вращения пучка, что позволяет создать максимальное падение дозы на границе опухоли и окружающей здоровой ткани. Кроме того, современные установки позволяют во время сеанса осуществлять облучение с различной интенсивностью (интенсивно-модулированная радиотерапия − ИМРТ). Управление облучением осуществляется с помощью компьютера. Кроме того, в современных продвинутых установках облучение контролируют и корректируют по изображениям, получаемым с помощью компьютерной томографии или др. методов.

Нейтронная терапия

    Лучевая терапия убивает раковые клетки двумя способами в зависимости от эффективной энергии источника излучения. Количество энергии, выделяемой при прохождении частиц через участок ткани, называется линейным переносом энергии (ЛПЭ). Рентгеновские лучи и электроны производят низкое ЛПЭ излучение.
Обычная лучевая терапия для лечения рака использует пучки электронов или фотонов для бомбардировки раковых клеток. Низкое ЛПЭ-излучение повреждает клетки преимущественно за счет образования активных форм кислорода т.е. свободных радикалов.  Свободные радикалы повреждают ДНК в раковых клетках, в идеале убивая их. Каждая доза убивает только некоторые клетки-мишени, в зависимости от того, где клетки находятся в своем жизненном цикле. Таким образом, врачи дают несколько доз с течением времени, чтобы достичь большего количества клеток в периоды, когда они наиболее уязвимы.
    Поскольку электроны, полученные из рентгеновских лучей, имеют высокую энергию и низкую ЛПЭ, при взаимодействии с клеткой обычно происходит только несколько ионизаций. Вполне вероятно, что низкое ЛПЭ-излучение вызовет только разрывы одной спирали ДНК. Одноцепочечные разрывы молекул ДНК могут быть легко восстановлены, и поэтому воздействие на клетку-мишень не обязательно является летальным. Кроме того, злокачественные опухоли, как правило, имеют низкий уровень кислорода и, следовательно, могут быть устойчивыми к низкому ЛПЭ-излучению.
    Нейтроны — это излучение с высокой линейной передачей энергии (с высокой ЛПЭ), и ущерб наносится в основном ядерными взаимодействиями. Нейтронные пучки намного мощнее. Они откладывают в целевую ткань примерно в 20-100 раз больше энергии, чем обычная лучевая терапия.
    Заряженные частицы с высоким ЛПЭ, полученные в результате нейтронного облучения, вызывают много ионизаций при прохождении через клетку, и поэтому возможны двухцепочечные разрывы молекулы ДНК. Ремонт ДНК из двухцепочечных разрывов клетке гораздо труднее восстановить, и, скорее всего, она приведет к гибели клетки.Это усложняет клеткам восстановление повреждений нейтронным пучком и затрудняет им выживание.
    Быстрые нейтроны могут контролировать очень большие опухоли, потому что в отличие от излучения с низким ЛПЭ, нейтроны не зависят от присутствия кислорода для уничтожения раковых клеток. Кроме того, биологическая эффективность нейтронов не зависит от времени или стадии жизненного цикла раковых клеток, как это происходит при низком ЛПЭ-излучении.
    Поскольку биологическая эффективность нейтронов высока, необходимая доза опухоли для уничтожения раковых клеток составляет примерно одну треть от дозы, необходимой для фотонов, электронов или протонов. Полный курс нейтронной терапии проводится всего от 10 до 12 процедур по сравнению с 30 — 40 процедурами, необходимыми для излучения с низкой ЛПЭ.
    Поскольку нейтронные пучки настолько разрушительны, риск побочных эффектов на здоровые ткани около раковой опухоли больше. По этой причине и из-за того, что нейтронные пучки имеют тенденцию рассеиваться больше, оборудование нейтронной терапии включает в себя множество механизмов, предназначенных для точной фокусировки и направления пучка и для блокирования воздействия на любые окружающие ткани.
    Нейтронная терапия является перспективным методом лечения больных с радиорезистентными опухолями (опухоли головы и шеи, саркомы мягких тканей, некоторые формы опухолей головного мозга и др.).
    Для нейтронной терапии используют терапевтические каналы ядерных реакторов, нейтронные генераторы. Для терапии быстрыми нейтронами применяются сильноточные циклотроны (ток пучка 15 — 60 мкА, энергия протонов 42 — 66 МэВ).
   Разновидностью нейтронной терапии является нейтронозахватная терапия

Нейтронозахватная терапия

    До последнего времени в нетронозахватной терапии в основном используется 10В, у которого большое сечение захвата тепловыми нейтронами (3838  бн) (Бор-нейтронозахватная терапия). В этом методе в кровь человека вводится фармпрепарат − борсодержащий раствор, например борфенилаланин. В результате применения борфенилаланина концентрация бора в раковых клетках  оказывается в 3-4 раза больших, чем в здоровых клетках. Стоит задача создать препарат способный обеспечить разницу концентраций 10В в больных и здоровых клетках до 8–10 раз. Препарат, кроме того, можно точечно доставить в опухоль, обколов ее. В раковых клетках клетках бор накапливается в бóльших концентрациях, чем в здоровых. В результате облучения нейтронами, образуется возбужденное состояние 11*В, которое быстро (за 10 с) распадается на 7 Li и альфа-частицу
(см. рис. 5)


Рис. 5. Схема реакции 10В(n,α)7Li.

Образующиеся ионы 4Не2+ и 7Li3+ быстро тормозятся (пробег их  в ткани составляет ~7 и ~ 5 мкм соответственно ). Поскольку размер клетки ~10 мкм, ~ 80% энергии реакции выделяется именно в той клетке, в которой содержалось ядро бора, поглотившее нейтрон.
    Использование тепловых нейтронов (энергия < 5 кэВ) ограничивается их слабой проникающей способностью, что позволяет их использовать для обработки опухолей с глубиной залегания < 2 см. Для обработки опухолей с большей глубиной залегания (3-6 см), необходимо использовать нейтроны с несколько большими энергиями, так называемые эпитепловые нейтроны.
    В нейтроннозахватной терапии используются как реакторы, так и ускорители.
    На рис. 6 показан тандем в ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН. Нейтроны образуются в литиевой мишени в результате реакции 7Be . Оптимальный режим работы реализуется при энергии протонов 1.915 МэВ (на 34 кэВ выше порога реакции). При этом, генерируется хорошо коллимируемый вперед пучок нейтронов со средней энергией 30 кэВ

Рис.  6. Тандем на энергию протонов 2.5 МэВ в ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН (слева), нейтронообразующая мишень (справа)

    По сравнению с 10В, заметно бóльшим сечением захвата нейтронов обладают изотопы гадолиния (155Gd − 60900 бн, 157Gd − 255000 бн). Однако, для его использования в нейтроннозахватной терапии необходимо решить задачи, в частности связанные с химической токсичность гадолиния и с необходимостью удержания его внутри опухоли.

Протонная и ионная терапия


Рис. 7. Зависимость величины дозы от глубины в ткани.

    Преимуществом ионной терапии по сравнению с гамма, электронной и нейтронной терапиями является то, что основные потери энергии происходят на последних миллиметрах пробега иона, перед остановкой (брэгговский пик) (см. рис. 7 ). Глубина пика Брэгга зависит от начальной энергии частицы, а его ширина − от разброса энергии пучка. Таким образом, варьируя энергию ионов, можно добиться чтобы максимальное энерговыделения происходило по все глубине опухоли с минимальным ущербом для здоровой ткани. Максимальная глубина проникновения частиц ограничивается 30 см, что соответствует энергии протонов ~ 250 МэВ. а для более тяжелых ионов энергия должна составлять несколько сотен МэВ/нуклон.
    В протонной и ионной терапии в основном используют циклотроны и синхротроны. Линейные ускорители используются реже.
    Циклотроны работают на фиксированной энергии. Их преимуществами являются являются простота и надежность в эксплуатации. Токи пучка циклотронов намного превышают потребность терапии и является достаточным для других применений, например, производств а радионуклидов. Недостатком  циклотронов является то, что энергию приходится варьировать с помощью поглотителей, помещенных на пути пучка, при этом происходит уширение энергетического распределения, которое приходится уменьшать дополнительным анализом по импульсам.
    На синхротроне энергию можно варьировать от одного цикла до другого небольшими порциями, так что деградации энергетического распределения не возникает. Но синхротроны сложнее и они дороже.
    На большой глубине проникновения начинают сказываться эффекты, связанные с многократным рассеянием пучка первичных ионов, что ведет к уширению пучка и разбросу длин пробегов. Так, при прохождении в воде расстояния 25 см пучок протонов с энергией ~ 200 МэВ и начальным диаметром 4 мм расширяется в конце пробега до 25 мм в диаметре.
    По сравнению с протонами лучшими характеристиками для терапии обладают более тяжелые ионы. Они рассеиваются хуже, например, для пучка ионов углерода действие этого эффекта слабее в 4 раза, а ширина брэгговского пика также примерно в 4 раза уже. Отношение дозы в брэгговском пике и на плато у них выше. Кроме того, благодаря высокой степени ионизации, создаваемой тяжелыми ионами перед их остановкой, поражение клеток происходит независимо от того, какова в них концентрация кислорода. Тяжелые ионы поражают внутренних, более бедных кислородом части опухоли столь же эффективно, как и ее периферию.
    Недостатком тяжелых ионов является то, что из-за фрагментации тяжелых ионов на осколки, длина пробега которых больше, чем у первичного иона, возрастает доза, которую получают здоровые ткани, расположенные за опухолью.
    Блоки протонной и ионной терапии снабжаются одним или более так называемых гантри (рис. 8): больших механических конструкций, которые позволяют вращение пучка вокруг пациента, для того, чтобы пучок точно попадал на опухоль при любом угле облучения,  как это делается и в обычной радиотерапии.


Рис. 8. Гантри

Антипротоны и отрицательные пионы для терапии

    Дополнительные преимущества в радиотерапии может дать использование пучков π-мезонов и антипротонов. Однако это по-видимому дело будущего.
    Остановившийся в веществе π-мезон захватывается атомным ядром и вызывает его распад на несколько фрагментов с малым пробегом и большой удельной ионизацией.


Рис. 9. Аннигиляция антипротона в теле человека. Образуются пионы, гамма-кванты и ядерные фрагменты.

    Что касается антипротонов, то у них удельные потери энергии и радиобиологическое действие  практически такие же как и у протонов. Различия начинаются в области брэгговского пика. По сравнению с протонами антипротоны испытывают аннигиляцию, ~ 95% которой происходит при их остановке, при этом выделяется энергия около
2 ГэВ. Бóльшая часть выделяющейся энергии получают 4-5 высокоэнергетичных пиона.
π0-мезоны быстро распадаются на гамма-кванты с энергиями около 70–300 МэВ. Высокоэнергетичные заряженные пионы уходят из области аннигиляции, не нанося заметных радиационных повреждений окружающим тканям. Однако заряженные пионы могут также вызывать в ядрах внутриядерные каскады, в результате которых ядра фрагментируются. Пробег заряженных ядерных фрагментов мал и они оставляют свою энергию в непосредственной близости к точке аннигиляции. В результате антипротоны по сравнению с протонами в области брегговского пика оставляют заметно бóльшую энергию. Более того, ядерные фрагменты имеют повышенное радиобиологического действие из-за большого коэффициента качества.

Синхротронное излучение в медицине

    Использование синхротронного излучения в диагностике − новое направление в ядерной медицине. Наиболее продвинутое направление в этой области − трансвенозная коронарная ангиография (получение изображения коронарных артерий) с помощью синхротронного излучения. В этом методе через вену вводят йодосодержащее контрастное вещество. Из синхротронного излучения выделяют два пучка фотонов: один с энергией выше, а другой − ниже К-края спектра поглощения йода (33.17 кэВ), на котором резко увеличивается сечение поглощения фотонов. Эти пучки пересекаются в области сердца. Изображения от двух пучков регистрируются одновременно двухканальным детектором. Затем из одного изображения вычитается другое и получается контрастное изображение сосудов на фоне окружающих тканей. По сравнению с синхротронным излучением обычные  рентгеновские пучки не обеспечивают достаточную интенсивность, необходимую для визуализации быстро движущихся объектов таких как сердце. С помощью синхротронного излучения сканирование может быть осуществлено очень быстро.

Рис. 10. Сравнение массовых коэффициентов ослабления в йоде и ткани − слева, Схема ангиографии с помощью синхротронного излучения − справа.

    Аналогичный метод применяется для визуализации бронхов (бронхография). Здесь в качестве контрастного агента используется газовая смесь ксенона (80% ксенона, 20% кислорода). (К-край ксенона 34.56 кэВ)
    Малая угловая расходимость синхротронного излучения позволяет для получения изображения использовать рефракцию или рассеяние фотонов на границах объектов с разной плотностью. Это позволяет обнаруживать опухоли малых размеров и с малым изменением плотности.
    Использование двух фотонных пучков с различными энергиями (например, 40 и 100 кэВ) позволяет в получаемых изображениях определять концентрации легких и средних по атомному весу элементов и с хорошей точностью определять массу костного минерала.


Нейтронное оружие. Характеристики и легенды

Известно несколько основных разновидностей ядерного оружия, и одним из них является нейтронное (ERW в англоязычной терминологии). Концепция такого вооружения появилась еще в середине прошлого века и затем в течение нескольких десятилетий доводилась до применения в реальных системах. Были получены определенные результаты, но после развитие нейтронного оружия фактически остановилось. Имевшиеся образцы были сняты с вооружения, а разработка новых не осуществлялась. Почему особое вооружение, некогда считавшееся перспективным и необходимым армиям, достаточно быстро сошло со сцены?
История и концепция

Автором идеи нейтронного оружия, а именно нейтронной бомбы считается американский физик Сэмюэл Т. Коэн из Ливерморской национальной лаборатории. В 1958 году он предложил оригинальный вариант ядерного боеприпаса со сниженной мощностью подрыва и повышенным выходом нейтронов. Согласно расчетам, подобное устройство могло показывать определенные преимущества перед «традиционными» ядерными бомбами. Оно получалось менее дорогим, более простым в эксплуатации и при этом способным показывать необычные результаты. В английской терминологии подобная концепция обозначается как Enhanced Radiation Weapon («Оружие с повышенным излучением»).


Тактический ракетный комплекс армии США MGM-52 Lance — первый в мире носитель нейтронной боевой части. Фото US Army

Концепция нейтронной бомбы / ERW предусматривает изготовление ядерного боеприпаса сокращенной мощности с отдельным блоком, служащим источником нейтронов. В реальных проектах в этой роли чаще всего использовался один из изотопов бериллия. Подрыв нейтронной бомбы осуществляется обычным путем. Ядерный взрыв провоцирует термоядерную реакцию в дополнительном блоке, и ее результатом становится выброс потока быстрых нейтронов. В зависимости от конструкции боеприпаса и других факторов, в виде нейтронов может выделяться от 30 до 80% энергии термоядерной реакции.

Поток нейтронов может быть использован для поражения тех или иных целей. Прежде всего, ERW рассматривалось в качестве более эффективного средства поражения живой силы противника. Также в ходе исследований были найдены другие сферы его применения, в которых такое оружие показывало преимущества перед прочими вооружениями.

Ливерморская национальная лаборатория продолжала теоретическую работу по теме ERW в течение нескольких лет. В 1962 году состоялись первые испытания опытного боеприпаса. Позже появился проект заряда, пригодного для реального применения. С 1964 года велось проектирование боевых частей для баллистической ракеты MGM-52 Lance. Годом позже стартовала разработка боеголовки для противоракеты комплекса Sprint. Также предлагались иные проекты нейтронных боезарядов разного рода различного назначения. К середине семидесятых годов США запустили серийное производство нескольких новых боевых блоков типа ERW, предназначенных для ракет ряда типов.

Достаточно быстро стало ясно, что применение нейтронного заряда в атмосфере серьезно ограничивает радиус поражения ввиду поглощения и рассеивания частиц воздухом и водяным паром. В связи с этим создание мощного нейтронного боеприпаса для применения «по земле» было нецелесообразным, и серийные изделия такого рода имели мощность не более 10 кт. В то же время, весь потенциал нейтронного оружия можно раскрыть в космосе. Так, для противоракетной обороны создавались боевые части мощностью в несколько мегатонн.

По известным данным, в нашей стране работы по теме нейтронного оружия велись с начала семидесятых годов. Первые испытания бомбы нового типа состоялись в конце 1978 года. Затем разработка боеприпасов продолжилась и привела к появлению нескольких новых изделий. Насколько известно, СССР планировал использовать нейтронные боеприпасы в качестве тактического ядерного оружия, а также на ракетах-перехватчиках противоракетной обороны. Эти планы были успешно реализованы.

Согласно открытой информации, в конце шестидесятых аналогичный проект появился у Франции. Затем к разработке нейтронного оружия присоединились Израиль и Китай. Предположительно, со временем на вооружении этих государств появились те или иные боеприпасы с повышенным выходом быстрых нейтронов. Впрочем, по известным причинам, некоторые из них не спешили раскрывать информацию о своих вооружениях.

С определенного времени ведущие страны вместе с нейтронной бомбой разрабатывали другой вариант подобного оружия – т.н. нейтронную пушку. Эта концепция предусматривает создание генератора быстрых нейтронов, способную излучать их в указанном направлении. В отличие от бомбы, «разбрасывающей» частицы во все стороны, пушка должна была стать оружием избирательного действия.


Старт ракеты-перехватчика Sprint — носителя нейтронной БЧ. Фото US Army, 28 окт 1970 г.

В начале восьмидесятых годов нейтронное оружие стало одним из поводов для ухудшения отношений между Советским Союзом и Соединенными Штатами. Москва указывала на негуманный характер такого вооружения, а Вашингтон говорил о необходимости симметричного ответа на советскую угрозу. Подобное противостояние продолжалось в течение нескольких следующих лет.

После распада СССР и окончания Холодной войны США приняли решение отказаться от нейтронных вооружений. В других странах, по разным данным, подобные изделия сохранились. Впрочем, согласно некоторым источникам, от нейтронных бомб отказались почти все страны-разработчики. Что касается нейтронных пушек, то подобное оружие так и не вышло за пределы лабораторий.

Сферы применения

Согласно известным заявлениям и легендам прошлых лет, нейтронная бомба является жестоким и циничным оружием: она убивает людей, но не разрушает имущество и материальные ценности, которые затем может присвоить жестокий и циничный противник. Тем не менее, в реальности все было иначе. Высокая эффективность и ценность нейтронного оружия для армий определялись иными факторами. Отказ от такого оружия, в свою очередь, тоже имел причины, далекие от чистого гуманизма.

Поток быстрых нейтронов в сравнении с поражающими факторами «обычного» ядерного взрыва показывает лучшую проникающую способность и может поражать живую силу противника, находящуюся под защитой построек, брони и т.д. Впрочем, нейтроны сравнительно быстро поглощаются и рассеиваются атмосферой, что ограничивает реальный радиус действия бомбы. Так, нейтронный заряд мощностью 1 кт при воздушном подрыве разрушает постройки и моментально убивает живую силу в радиусе до 400-500 м. На больших расстояниях влияние ударной волны и потока нейтронов сокращается, из-за чего уже на расстоянии 2-2,5 км влияние частиц на человека минимально и не представляет фатальной угрозы.

Таким образом, вопреки устоявшимся стереотипам, поток нейтронов оказывается не заменой прочим поражающим факторам, а дополнением к ним. При использовании нейтронного заряда ударная волна наносит окружающим объектам ощутимый ущерб, и ни о каком сохранении имущества речи не идет. Одновременно с этим специфика рассеивания и поглощения нейтронов ограничивает целесообразную мощность боеприпаса. Тем не менее, и такому оружию с характерными ограничениями нашли применение.

Прежде всего, нейтронный заряд может применяться в качестве дополнения к другому тактическому ядерному оружию (ТЯО) – в виде авиабомбы, боевой части для ракеты или артиллерийского снаряда. От «обычных» атомных боеприпасов такое оружие отличается принципами действия и иным соотношением эффекта от поражающих факторов. Тем не менее, в боевой обстановке и ядерная, и нейтронная бомба способны оказывать необходимое воздействие на противника. При этом последняя в некоторых ситуациях имеет серьезные преимущества.

Еще в пятидесятых и шестидесятых годах прошлого века бронетехника получила системы защиты от оружия массового поражения. Благодаря им танк или иная машина, попав под ядерный удар, могла выдержать основные поражающие факторы – если находилась на достаточном расстоянии от центра взрыва. Таким образом, традиционное ТЯО могло быть недостаточно эффективным против «танковой лавины» противника. Опыты показали, что мощный поток нейтронов способен пройти через бронирование танка и поразить его экипаж. Также частицы могли взаимодействовать с атомами материальной части, приводя к появлению наведенной радиоактивности.


Старт российской ракеты 53Т6 из состава комплекса ПРО А-135. Эта ракета, возможно, оснащается нейтронным боезарядом. Фото Минобороны РФ / mil.ru

Нейтронные заряды также нашли применение в сфере противоракетной обороны. В свое время несовершенство систем управления и наведения не позволяло рассчитывать на получение высокой точности поражения баллистической цели. В связи с этим противоракеты предлагалось оснащать ядерными боевыми частями, способными обеспечить относительно большой радиус поражения. Однако одним из основных поражающих факторов атомного взрыва является взрывная волна, не образующаяся в безвоздушном пространстве.

Нейтронный боеприпас, согласно расчетам, мог показывать в разы большую дальность гарантированного поражения ядерного боевого блока – распространению высокоскоростных частиц не мешала атмосфера. Попадая на делящееся вещество в боеголовке-цели, нейтроны должны были вызывать преждевременную цепную реакцию без достижения критической массы, также известную как «эффект шипучки». Результатом такой реакции является маломощный взрыв с разрушением боезаряда. По мере развития противоракетных систем выяснилось, что поток нейтронов можно дополнить мягким рентгеновским излучением, повышающим общую эффективность боевой части.

Аргументы против

Разработка нового оружия сопровождалась поиском способов защиты от него. По результатам таких исследований, уже в семидесятых-восьмидесятых годах начали внедряться новые методы защиты. Широкое их применение известным образом сказалось на перспективах нейтронного оружия. По всей видимости, именно технические вопросы стали основной причиной постепенного отказа от такого вооружения. В пользу этого предположения говорит тот факт, что изделия типа ERW постепенно вышли из эксплуатации, тогда как противоракеты, по разным данным, до сих пор используют такие боеголовки.

Одной из главных целей для нейтронных бомб была бронетехника, и ее защитили от таких угроз. С определенного времени новые советские танки стали получать специальные покрытия. На внешней и внутренней поверхностях корпусов и башен устанавливались надбои и подбои из специальных материалов, задерживающих нейтроны. Подобные изделия изготавливались с применением полиэтилена, бора и других веществ. За рубежом в качестве средства удержания нейтронов использовались встроенные в броню панели из обедненного урана.

В сфере бронетехники также осуществлялся поиск новых сортов брони, исключающей или сокращающей образование наведенной радиоактивности. Для этого из состава металла удалялись некоторые элементы, способные взаимодействовать с быстрыми нейтронами.

Даже без особой доработки хорошей защитой от потока нейтронов является стационарное сооружение из бетона. 500 мм такого материала ослабляют поток нейтронов до 100 раз. Также достаточно эффективной защитой может быть влажный грунт и другие материалы, применение которых не составляет особой сложности.


Башня основного танка Т-72Б1. Характерные плиты на куполе и люках — противонейтронный надбой. Фото Btvt.narod.ru

По разным данным, не остались без защиты и боевые блоки межконтинентальных баллистических ракет, рискующие столкнуться с нейтронным боезарядом противоракеты. В этой сфере используются решения, аналогичные применяемым на сухопутной технике. Вместе с другой защитой, обеспечивающей стойкость к тепловым и механическим нагрузкам, используются средства поглощения нейтронов.

Сегодня и завтра

По имеющимся данным, тематикой нейтронного оружия занимались всего несколько стран, обладающих развитой наукой и промышленностью. Насколько известно, Соединенные Штаты отказались от продолжения работ по этой тематике в начале девяностых годов. К концу того же десятилетия все запасы нейтронных боезарядов были утилизированы за ненадобностью. Франция, согласно некоторым источникам, тоже не стала сохранять подобное вооружение.

Китай в прошлом декларировал отсутствие необходимости в нейтронном оружии, но при этом указывал на наличие технологий для его скорого создания. Есть ли у НОАК подобные системы в настоящее время – неизвестно. Схожим образом обстоит дело и с израильской программой. Имеются сведения о создании нейтронной бомбы в Израиле, но это государство не раскрывает информацию о своих стратегических вооружениях.

В нашей стране нейтронное оружие создавалось и производилось серийно. По некоторым данным, часть таких изделий до сих пор остается на вооружении. В зарубежных источниках часто встречается версия о применении нейтронного боезаряда в качестве боевой части противоракеты 53Т6 из состава комплекса ПРО А-135 «Амур». Впрочем, в отечественных материалах по этому изделию упоминается только «обычная» ядерная боеголовка.

В целом, на данный момент нейтронные бомбы не являются самым популярным и распространенным видом ядерного оружия. Они не смогли найти применение в сфере стратегического ядерного вооружения, а также не сумели заметно потеснить тактические системы. Мало того, к настоящему времени большая часть такого вооружения, по всей видимости, вышла из эксплуатации.

Есть основания полагать, что в ближайшем будущем ученые ведущих стран вновь вернутся к тематике нейтронного вооружения. При этом теперь речь может идти не о бомбах или боевых частях для ракет, но о т.н. нейтронных пушках. Так, в марте прошлого года заместитель министра обороны США по перспективным разработкам Майк Гриффин рассказал о возможных путях развития перспективных вооружений. По его мнению, большое будущее имеют т.н. вооружения на основе направленной энергии, в том числе источники пучков нейтральных частиц. Впрочем, замминистра не раскрыл какие-либо данные о старте работ или о реальном интересе со стороны военных.

***

В прошлом нейтронное оружие всех основных типов считалось перспективным и удобным средством ведения боевых действий. Однако дальнейшая проработка и освоение таких вооружений была связана с рядом трудностей, накладывавших определенные ограничения на применение и расчетную эффективность. Кроме того, достаточно быстро появились эффективные средства защиты от потока быстрых нейтронов. Все это серьезно ударило по перспективам нейтронных систем, а затем привело к известным результатам.

К настоящему времени – согласно доступным данным – на вооружении остались лишь некоторые образцы нейтронного оружия, причем их количество не слишком велико. Считается, что разработка новых вооружений не ведется. Однако армии мира проявляют интерес к оружию на основе т. н. новых физических принципов, в том числе генераторов нейтральных частиц. Таким образом, нейтронное оружие получает второй шанс, пусть даже и в ином виде. Дойдут ли до эксплуатации и применения перспективные нейтронные пушки – пока говорить рано. Вполне возможно, что они повторят путь своих «собратьев» в виде бомб и других зарядов. Однако нельзя исключать и другой вариант развития событий, при котором они вновь не смогут выйти за пределы лабораторий.

По материалам сайтов:
https://tass.ru/
https://tvzvezda.ru/
http://ivo.unn.ru/
https://vpk-news.ru/
http://nvo.ng.ru/
https://militaryarms.ru/
https://fas.org/
http://btvt.narod.ru/
http://army.mil/
http://forums.airbase.ru/
http://military.tomsk.ru/blog/topic-875.html

4 мифа об оружии массового поражения

Игра на опережение

17 декабря 1938 года немецким учёным Отто Ганном было получено неопровержимое доказательство распада урана на более мелкие элементарные частицы. По сути, ему удалось расщепить атом. В научном мире это расценивалось как новая веха в истории человечества. Отто Ганн не разделял политические взгляды третьего Рейха. Поэтому в том же, 1938 году, учёный был вынужден переехать в Стокгольм, где совместно с Фридрихом Штрассманом продолжил свои научные изыскания. Опасаясь, что фашистская Германия первой получит страшное оружие, он пишет письмо президенту Америки с предупреждением об этом. Известие о возможном опережении сильно встревожило правительство США. Американцы стали действовать быстро и решительно.

История и концепция

Концепция нейтронной бомбы / ERW предусматривает изготовление ядерного боеприпаса сокращенной мощности с отдельным блоком, служащим источником нейтронов. В реальных проектах в этой роли чаще всего использовался один из изотопов бериллия. Подрыв нейтронной бомбы осуществляется обычным путем. Ядерный взрыв провоцирует термоядерную реакцию в дополнительном блоке, и ее результатом становится выброс потока быстрых нейтронов.

В зависимости от конструкции боеприпаса и других факторов, в виде нейтронов может выделяться от 30 до 80% энергии термоядерной реакции.

Тактический ракетный комплекс армии США MGM-52 Lance — первый в мире носитель нейтронной боевой части.

Поток нейтронов может быть использован для поражения тех или иных целей. Прежде всего, ERW рассматривалось в качестве более эффективного средства поражения живой силы противника. Также в ходе исследований были найдены другие сферы его применения, в которых такое оружие показывало преимущества перед прочими вооружениями.

Ливерморская национальная лаборатория продолжала теоретическую работу по теме ERW в течение нескольких лет. В 1962 году состоялись первые испытания опытного боеприпаса. Позже появился проект заряда, пригодного для реального применения. С 1964 года велось проектирование боевых частей для баллистической ракеты MGM-52 Lance. Годом позже стартовала разработка боеголовки для противоракеты комплекса Sprint. Также предлагались иные проекты нейтронных боезарядов разного рода различного назначения. К середине семидесятых годов США запустили серийное производство нескольких новых боевых блоков типа ERW, предназначенных для ракет ряда типов.

Достаточно быстро стало ясно, что применение нейтронного заряда в атмосфере серьезно ограничивает радиус поражения ввиду поглощения и рассеивания частиц воздухом и водяным паром. В связи с этим создание мощного нейтронного боеприпаса для применения «по земле» было нецелесообразным, и серийные изделия такого рода имели мощность не более 10 кт. В то же время, весь потенциал нейтронного оружия можно раскрыть в космосе. Так, для противоракетной обороны создавались боевые части мощностью в несколько мегатонн.

По известным данным, в нашей стране работы по теме нейтронного оружия велись с начала семидесятых годов. Первые испытания бомбы нового типа состоялись в конце 1978 года. Затем разработка боеприпасов продолжилась и привела к появлению нескольких новых изделий. Насколько известно, СССР планировал использовать нейтронные боеприпасы в качестве тактического ядерного оружия, а также на ракетах-перехватчиках противоракетной обороны. Эти планы были успешно реализованы.

Согласно открытой информации, в конце шестидесятых аналогичный проект появился у Франции. Затем к разработке нейтронного оружия присоединились Израиль и Китай. Предположительно, со временем на вооружении этих государств появились те или иные боеприпасы с повышенным выходом быстрых нейтронов. Впрочем, по известным причинам, некоторые из них не спешили раскрывать информацию о своих вооружениях.

С определенного времени ведущие страны вместе с нейтронной бомбой разрабатывали другой вариант подобного оружия – т.н. нейтронную пушку. Эта концепция предусматривает создание генератора быстрых нейтронов, способную излучать их в указанном направлении. В отличие от бомбы, «разбрасывающей» частицы во все стороны, пушка должна была стать оружием избирательного действия.

Старт ракеты-перехватчика Sprint — носителя нейтронной БЧ. Фото US Army, 28 октября 1970 г.

В начале восьмидесятых годов нейтронное оружие стало одним из поводов для ухудшения отношений между Советским Союзом и Соединенными Штатами. Москва указывала на негуманный характер такого вооружения, а Вашингтон говорил о необходимости симметричного ответа на советскую угрозу. Подобное противостояние продолжалось в течение нескольких следующих лет.

После распада СССР и окончания Холодной войны США приняли решение отказаться от нейтронных вооружений. В других странах, по разным данным, подобные изделия сохранились. Впрочем, согласно некоторым источникам, от нейтронных бомб отказались почти все страны-разработчики. Что касается нейтронных пушек, то подобное оружие так и не вышло за пределы лабораторий.

Разработки на соседнем континенте

Несколько лет назад на просторах интернета появилась информация об экспериментальном применении оружия нового поколения в Штатах. Электромагнитные бомбы США успешно прошли тестирование. Боеприпасы локального действия доказали свою эффективность: под воздействием снаряда выходила из строя вся электроника.

Существует возможность наносить удар несколько раз подряд (например, если установить приспособление на борту ракеты, беспилотника и др. ). Испытания доказали эффективность применения: за один полет было выведено 7 целей, которые размещались последовательно.

Эксперименты показали, что ракеты возможно использовать с борта истребителей и бомбардировщиков.

Кроме этого, Штаты запросили создание электромагнитных снарядов. Согласно требованиям, они должны обеспечивать разрушение средств современной связи, при этом не затрагивая человека. Специалисты указывают назначение объекта: они будут применяться для нейтрализации гражданских, а не военных целей.

Исходя из развития оборонной промышленности государств, вопрос о том, чья электромагнитная бомба круче: США или России, остается без ответа.

Пример эффектов взрыва нейтронного заряда на различных расстояниях

Действие воздушного взрыва нейтронного заряда мощностью 1 кт на высоте ~ 150 м
Рассто-яние Давление Радиация Защита бетон Защита земля Примечания
0 м ~108 МПа Окончание реакции, начало разлёта вещества бомбы. Благодаря конструктивным особенностям заряда значительная часть энергии взрыва выделяется в виде нейтронного излучения.
от центра ~50 м 0,7 МПа n·105Гр ~2-2,5 м ~3-3,5 м Граница светящейся сферы диаметром ~100 м , время свечения ок. 0,2 с.
эпицентр 100 м 0,2 МПа ~35 000 Гр 1,65 м 2,3 м Эпицентр взрыва. Человек в обычном убежище — гибель или крайне тяжёлая лучевая болезнь . Разрушение убежищ, рассчитанных на 100 кПа .
170 м 0,15 МПа Сильные повреждения танков .
300 м 0,1 МПа 5000 Гр 1,32 м 1,85 м Человек в убежище — лучевая болезнь от лёгкой до тяжёлой степени .
340 м 0,07 МПа Лесные пожары .
430 м 0,03 МПа 1200 Гр 1,12 м 1,6 м Человек — «смерть под лучом». Сильные повреждения сооружений .
500 м 1000 Гр 1,09 м 1,5 м Человек гибнет от радиации сразу («под лучом») или через несколько минут.
550 м 0,028 МПа Средние повреждения сооружений .
700 м 150 Гр 0,9 м 1,15 м Гибель человека от радиации через несколько часов.
760 м ~0,02 МПа 80 Гр 0,8 м 1 м
880 м 0,014 МПа Средние повреждения деревьев .
910 м 30 Гр 0,65 м 0,7 м Человек гибнет через несколько суток; лечение — уменьшение страданий.
1000 м 20 Гр 0,6 м 0,65 м Стёкла приборов окрашиваются в тёмно-бурый цвет.
1200 м ~0,01 МПа 6,5-8,5 Гр 0,5 м 0,6 м Крайне тяжёлая лучевая болезнь; гибнут до 90 % пострадавших .
1500 м 2 Гр 0,3 м 0,45 м Средняя лучевая болезнь; гибнут до 80 % , при лечении до 50 % .
1650 м 1 Гр 0,2 м 0,3 м Лёгкая лучевая болезнь . Без лечения могут погибнуть до 50 % .
1800 м ~0,005 МПа 0,75 Гр 0,1 м Радиационные изменения в крови .
2000 м 0,15 Гр Доза может быть опасна для больного лейкемией .
Рассто-яние Давление Радиация Защита бетон Защита земля Примечания
Примечания

  1. Расстояние в первых двух строках от центра взрыва, далее расстояние от эпицентра взрыва.

  2. Избыточное давление вещества на фронте падающей ударной волны в мегапаскалях (МПа), рассчитано в соответствии с данными для взрыва мощностью 1 кт на высоте 190 м (С. 13) по формуле подобия параметров ударной волны для различных мощностей зарядов (С. 10 там же) с учётом того, что по ударной волне нейтронный боеприпас мощностью 1кт примерно эквивалентен обычному ядерному 0,5кт :R1/R2 = (q1/q2)1/3,где R1 и R2 — расстояния на которых будет наблюдаться одинаковое давление ударной волны;q1 и q2 — мощности сопоставляемых зарядов.

  3. Суммарное значения доз радиации нейтронов и гамма-лучей в греях (Гр).

  4. Защита отдельно из обычного плотного бетона или из сухой земли; имеется в виду слой вещества в перекрытии заглублённого бетонного или деревоземляного сооружения, необходимый для снижения внешней дозы радиации до считающейся приемлемой в убежище дозы в 50 Рентген = 0,5 Гр.
При составлении таблицы использовалась литература:
1. Безопасность жизнедеятельности. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях : учебное пособие для сотруд. высш. учеб. заведений /  — М.: Изд. центр «Академия», 2007. — С. 133—138. — ISBN 978-5-7695-3392-1.
2. Большая Советская Энциклопедия. — 3-е изд. — М.: «Советская Энциклопедия», 1978. — Т. 30.
3. Действие ядерного оружия. Пер. с англ. — М.: Воениздат, 1965.
4. Иванов, Г. Нейтронное оружие // Зарубежное военное обозрение. — 1982. — № 12. — С. 50 — 54.
5. Защита от оружия массового поражения. — М.: Воениздат, 1989.
6. Козлов, В. Ф. Справочник по радиационной безопасности. — М., 1987.
7. Миргородский, В. Р. Безопасность жизнедеятельности : курс лекций / под ред. Н. Н. Пахомова. — М.: Изд-во МГУП, 2001. — Раздел III. Защита объектов печати в чрезвычайных ситуациях.
8. Убежища гражданской обороны. Конструкции и расчёт / В. А. Котляревский, В. И. Ганушкин, А. А. Костин и др.; под ред. В. А. Котляревского. — М.: Стройиздат, 1989. — ISBN 5-274-00515-2.

Сферы применения

Согласно известным заявлениям и легендам прошлых лет, нейтронная бомба является жестоким и циничным оружием: она убивает людей, но не разрушает имущество и материальные ценности, которые затем может присвоить жестокий и циничный противник. Тем не менее, в реальности все было иначе. Высокая эффективность и ценность нейтронного оружия для армий определялись иными факторами. Отказ от такого оружия, в свою очередь, тоже имел причины, далекие от чистого гуманизма.

Поток быстрых нейтронов в сравнении с поражающими факторами «обычного» ядерного взрыва показывает лучшую проникающую способность и может поражать живую силу противника, находящуюся под защитой построек, брони и т.д. Впрочем, нейтроны сравнительно быстро поглощаются и рассеиваются атмосферой, что ограничивает реальный радиус действия бомбы. Так, нейтронный заряд мощностью 1 кт при воздушном подрыве разрушает постройки и моментально убивает живую силу в радиусе до 400-500 м. На больших расстояниях влияние ударной волны и потока нейтронов сокращается, из-за чего уже на расстоянии 2-2,5 км влияние частиц на человека минимально и не представляет фатальной угрозы.

Таким образом, вопреки устоявшимся стереотипам, поток нейтронов оказывается не заменой прочим поражающим факторам, а дополнением к ним. При использовании нейтронного заряда ударная волна наносит окружающим объектам ощутимый ущерб, и ни о каком сохранении имущества речи не идет. Одновременно с этим специфика рассеивания и поглощения нейтронов ограничивает целесообразную мощность боеприпаса. Тем не менее, и такому оружию с характерными ограничениями нашли применение.

Прежде всего, нейтронный заряд может применяться в качестве дополнения к другому тактическому ядерному оружию (ТЯО) – в виде авиабомбы, боевой части для ракеты или артиллерийского снаряда. От «обычных» атомных боеприпасов такое оружие отличается принципами действия и иным соотношением эффекта от поражающих факторов. Тем не менее, в боевой обстановке и ядерная, и нейтронная бомба способны оказывать необходимое воздействие на противника. При этом последняя в некоторых ситуациях имеет серьезные преимущества.

Еще в 50-х и 60-х годах прошлого века бронетехника получила системы защиты от оружия массового поражения. Благодаря им танк или иная машина, попав под ядерный удар, могла выдержать основные поражающие факторы – если находилась на достаточном расстоянии от центра взрыва. Таким образом, традиционное ТЯО могло быть недостаточно эффективным против «танковой лавины» противника. Опыты показали, что мощный поток нейтронов способен пройти через бронирование танка и поразить его экипаж. Также частицы могли взаимодействовать с атомами материальной части, приводя к появлению наведенной радиоактивности.

Старт российской ракеты 53Т6 из состава комплекса ПРО А-135. Эта ракета, возможно, оснащается нейтронным боезарядом.

Нейтронные заряды также нашли применение в сфере противоракетной обороны. В свое время несовершенство систем управления и наведения не позволяло рассчитывать на получение высокой точности поражения баллистической цели. В связи с этим противоракеты предлагалось оснащать ядерными боевыми частями, способными обеспечить относительно большой радиус поражения. Однако одним из основных поражающих факторов атомного взрыва является взрывная волна, не образующаяся в безвоздушном пространстве.

Нейтронный боеприпас, согласно расчетам, мог показывать в разы большую дальность гарантированного поражения ядерного боевого блока – распространению высокоскоростных частиц не мешала атмосфера. Попадая на делящееся вещество в боеголовке-цели, нейтроны должны были вызывать преждевременную цепную реакцию без достижения критической массы, также известную как «эффект шипучки». Результатом такой реакции является маломощный взрыв с разрушением боезаряда. По мере развития противоракетных систем выяснилось, что поток нейтронов можно дополнить мягким рентгеновским излучением, повышающим общую эффективность боевой части.

Как работает нейтронная бомба — особенности ее поражающих факторов

Нейтронная бомба – это разновидность ядерного оружия, основным поражающим фактором которого является поток нейтронного излучения. Вопреки распространенному мнению, после взрыва нейтронного боеприпаса образуется и ударная волна, и световое излучение, но большая часть выделяемой энергии превращается в поток быстрых нейтронов. Нейтронная бомба относится к тактическому ядерному оружию.

Принцип действия бомбы основан на свойстве быстрых нейтронов гораздо свободнее проникать через различные преграды, по сравнению с рентгеновским излучением, альфа, бета и гамма-частицами. Например, 150 мм брони способны удержать до 90% гамма-излучения и только 20% нейтронной волны. Грубо говоря, спрятаться от проникающего излучения нейтронного боеприпаса гораздо сложнее, чем от радиации «обычной» ядерной бомбы

Именно это свойство нейтронов и привлекло внимание военных

Нейтронная бомба имеет ядерный заряд относительно небольшой мощности, а также специальный блок (его обычно изготавливают из бериллия), который и является источником нейтронного излучения. После подрыва ядерного заряда большая часть энергии взрыва преобразуется в жесткое нейтронное излучение. На остальные факторы поражения — ударная волна, световой импульс, электромагнитное излучение — приходится лишь 20% энергии.

Однако все вышесказанное всего лишь теория, практическое применение нейтронного оружия имеет некоторые особенности.

Земная атмосфера очень сильно гасит нейтронное излучение, поэтому дальность действия этого поражающего фактора не больше, чем радиус поражения ударной волны. По этой же причине нет смысла изготавливать нейтронные боеприпасы большой мощности – излучение все равно быстро затухнет. Обычно нейтронные заряды имеют мощность около 1 кТ. При его подрыве происходит поражение нейтронным излучением в радиусе 1,5 км. На дистанции до 1350 метров от эпицентра оно остается опасным для жизни человека.

Кроме того, поток нейтронов вызывает в материалах (например, в броне) наведенную радиоактивность. Если посадить в танк, попавший под действие нейтронного оружия (на дистанциях около километра от эпицентра), новый экипаж, то он получит летальную дозу радиации в течение суток.

Не соответствует действительности распространенное мнение, что нейтронная бомба не уничтожает материальные ценности. После взрыва подобного боеприпаса образуется и ударная волна, и импульс светового излучения, зона сильных разрушений от которых имеет радиус примерно в один километр.

Нейтронные боеприпасы не слишком подходят для использования в земной атмосфере, зато они могут быть весьма эффективны в космическом пространстве. Там нет воздуха, поэтому нейтроны распространяются беспрепятственно на весьма значительные расстояния. Благодаря этому различные источники нейтронного излучения рассматриваются в качестве эффективного средства противоракетной обороны. Это так называемое пучковое оружие. Правда, в качестве источника нейтронов обычно рассматривается не нейтронные ядерные бомбы, а генераторы направленных нейтронных пучков – так называемые нейтронные пушки.

Использовать их в качестве средства поражения баллистических ракет и боевых блоков предлагали еще разработчики рейгановской программы Стратегической оборонной инициативы (СОИ). При взаимодействии пучка нейтронов с материалами конструкции ракет и боеголовок возникает наведенная радиация, которая надежно выводит из строя электронику этих устройств.

После появления идеи нейтронной бомбы и начала работ по ее созданию стали разрабатываться методы защиты от нейтронного излучения. В первую очередь они были направлены на уменьшение уязвимости боевой техники и экипажа, находящегося в ней. Основным методом защиты от подобного оружия стало изготовление специальных видов брони, хорошо поглощающих нейтроны. Обычно в них добавляли бор – материал, прекрасно улавливающий эти элементарные частицы. Можно добавить, что бор входит в состав поглощающих стрежней ядерных реакторов. Еще одним способом уменьшить поток нейтронов является добавление в броневую сталь обедненного урана.

Кстати, практически вся боевая техника, созданная в 60-е – 70-е годы прошлого столетия, максимально защищена от большинства поражающих факторов ядерного взрыва.

Нейтристор

определение нейтронной пушки | Английский толковый словарь

нейтрон
    n     (физика) нейтральная элементарная частица с массой покоя 1. 67482×10 — 27 кг и спин ½; классифицируется как барион. В ядре атома он стабилен, но в свободном состоянии распадается  
    (C20: из нейтрального, по модели электрона)  

запаздывающий нейтрон  
     n   нейтрон, образующийся в ядерном реакторе в результате распада продукта деления и высвобождаемый вскоре после нейтронов, образующихся в первичном процессе  

быстрый нейтрон  
     n     (физика)  

а  нейтрон, образовавшийся в результате ядерного деления, который потерял небольшую энергию при столкновении; нейтрон с кинетической энергией больше 0.1 МэВ

b нейтрон с кинетической энергией более 1,5 МэВ, порог деления урана-238

нейтронная бомба. Нейтроны уничтожают все живое в районе цели, куда теоретически можно проникнуть вскоре после атаки (техническое название). усиленное радиационное оружие

нейтронная пушка  
     n    (физика)  устройство для получения пучка быстрых нейтронов  

номер нейтрона  
     n   количество нейтронов в ядре атома. , (Символ) Н  

нейтронный яд  
     n    (физика)  неделящийся материал, используемый для поглощения нейтронов и, таким образом, для управления ядерными реакциями  

нейтронная звезда  
     n   звезда, сжавшаяся под действием собственной гравитации до диаметра от 10 до 15 километров. Он состоит исключительно из нейтронов, имеет массу от 1,4 до 3 масс Солнца и плотность более 1017 кг на кубический метр

медленный нейтрон
     n     (физика)  нейтрон с кинетической энергией менее 100 электронвольт

Возможно использование пучка нейтронов в качестве двигателя для космического корабля

Аннотация

Возможно, удастся сохранить ксенон-135 в суперпозиции с Xe-136 и Cs-135, двумя продуктами распада ксенона-135.Это можно сделать с помощью гамма-лучей или рентгеновского лазера. На первый взгляд он выглядит и ощущается как еще один лазер на благородном газе. Разница в том, что он использует нейтронные состояния внутри ядра. Нейтроны будут излучаться модулированным гамма- или рентгеновским фотоном. В сущности, возможно иметь совершенно новый тип лазера — этот автор называет их «лазерами материи», где фотон с более низкой энергией с меньшим количеством квантовых чисел будет использоваться с благородным газом для создания пучка частиц с более высокой энергией. и другие квантовые числа.Возможно, удастся заменить громоздкие ускорители частиц этим типом лазера, чтобы получить массу из энергии с помощью нейтронного газа. Это также было бы большим технологическим прорывом в ракетных двигателях; фотон с малой массой в частицу с большой массой, такую ​​как частица Хиггса или топ-кварк. Ксенон-135 может исходить из реактора деления внутри космического корабля, так как это реакторный яд. Работа рентгеновского лазера уже известна, и были разработаны его настольные версии. Гамма-лазеры уже используются и прошли испытания. Лазер будет иметь столбчатый луч с очень точным направлением, в отличие от простого источника нейтронов, который будет двигаться во всех направлениях. Конечно, этот луч можно использовать и как спектроскопический инструмент для определения состава вещества, с которым сталкивается космический корабль. Спектроскопический инструмент может искать «темную материю» и другие экзотические типы материи, которые могут встречаться в открытом космосе. Космический корабль потенциально может достичь «скорости, близкой к скорости света» за довольно короткое время, поскольку Лазер будет стрелять массивными частицами с большим импульсом.Наконец, точный нейтронный луч можно использовать как очень мощное оружие или как способ очистки космического мусора, поскольку он может «вынуждать ядерные реакции» на объект, по которому стреляют, что делает его совершенным космическим оружием и двигательным устройством в одном корпусе. , используя существующие технологии, устройства и теории. С этой теорией теперь это просто инженерная проблема, чтобы заставить ее работать, и большое финансирование. Выгоды будут настолько огромными, что этому следует отдать приоритет.

Радиоактивный бойскаут › Новости науки (ABC Science)

Новости науки

Американский вундеркинд и бойскаут Дэвид Хан получил больше, чем значок за заслуги, когда в почтенном возрасте 17 лет сделал самодельный ядерный реактор из отходов!

Карл С.Крузельницкий


У большинства детей есть какое-нибудь хобби — спорт, коллекционирование марок или компьютерные игры. Но у Дэвида Хана, который жил в Коммерс-Тауншип в Мичигане, примерно в 40 км от Детройта, было научное хобби — химия. И поэтому он попытался построить ядерный реактор.

В возрасте десяти лет ему подарили книгу под названием Золотая книга химических экспериментов . Что-то щелкнуло, и к 12 годам он освоил учебники химии университетского уровня своего отца, а к 14 годам сделал нитроглицерин.Его отец думал, что Дэвиду нужно стабилизирующее влияние, поэтому он посоветовал ему попробовать себя в роли разведчика-орла, для чего требуется в общей сложности 21 значок за заслуги. Некоторые значки за заслуги (например, гражданство, первая помощь и личное управление) являются обязательными, а некоторые (от американского бизнеса до сурка) выбираются разведчиком. Дэвид выбрал значок «За заслуги перед атомной энергией». Чтобы получить этот значок, вы должны знать о делении ядер, знать, кем были важные люди в истории атомной энергии, а также сделать несколько моделей некоторых атомов и другие вещи.Дэвид построил модель ядерного реактора из жестяных банок, трубочек для питья и резиновых лент и получил значок «За заслуги перед атомной энергетикой» 10 мая 1991 года (когда ему было 14 лет и 7 месяцев). Тогда он решил стремиться выше.

Атомы имеют ядро ​​из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Некоторые из более крупных атомов (например, уран) имеют нестабильные ядра. Если нейтрон попадает в это ядро, оно распадается на два меньших атома и один или два нейтрона, а также выделяет огромное количество энергии.

Итак, Дэвид начал с создания нейтронной пушки. Он притворялся лектором физики и получил большую профессиональную помощь от промышленных компаний, Американского ядерного общества и Комиссии по ядерному регулированию. Он узнал, что может получить радиоактивный америций-241 из бытовых детекторов дыма, поэтому купил 100 сломанных по доллару каждый. Дружелюбный представитель службы поддержки рассказал ему, где именно находится америций-241 и как удалить его из инертной золотой матрицы.Затем он поместил свою крошечную кучку америция-241 внутрь полого свинцового блока и просверлил в нем маленькое отверстие. Когда америций распадается, он испускает а-частицы. Когда a-частицы сталкиваются с алюминием, алюминий испускает нейтроны. Так что он поставил алюминиевую полоску перед отверстием в свинцовом блоке, откуда выходили альфа-частицы, и бинго — у него была нейтронная пушка.

Выяснил, что тканевые кожухи газовых фонарей покрыты торием-232 (поскольку торий очень устойчив к высоким температурам).Он также знал, что если вы ударите по торию-232 достаточным количеством нейтронов, торий-232 превратится в уран-233. Поэтому он купил тысячи газовых колец и превратил их в пепел тория с помощью очень горячего газового пламени. Как он очищал торий? Все просто — он купил литиевые батареи на несколько тысяч долларов, разрезал их и провел простую химию, чтобы сконцентрировать торий. Но увы, усилия были напрасны. Его нейтронной пушке не хватило мощности, чтобы превратить торий-232 в уран-233.

Время для плана Б.Радий производит кучу α-частиц, и ему сказали, что если вы направите эти α-частицы на бериллий, вы получите огромное количество нейтронов. Но как он мог получить немного радия? Что ж, до конца 1960-х светящиеся в темноте циферблаты часов, а также приборы на приборных панелях автомобилей и самолетов светились, потому что они были окрашены радием. Так что он начал медленный процесс посещения барахла и антикварных магазинов, тайно откалывая светящийся радий. Но однажды ему повезло, когда его счетчик Гейгера вышел из строя.Он купил часы за 20 долларов, а внутри нашел полный флакон с радиевой краской, который был удобно оставлен.

Поэтому он соорудил более мощную нейтронную пушку с полым свинцовым блоком с отверстием, драгоценным радием внутри и небольшим количеством бериллия, чтобы в нее попадали а-частицы и испускались нейтроны. Что он использовал в качестве мишени? Немного урановой руды он получил от дружественного поставщика. Но снова неудача. Нейтроны двигались слишком быстро (около 27 миллионов километров в час) и просто пронеслись сквозь уран.Поэтому он замедлил их примерно до 8000 км/ч, пропустив через тритий (который он кропотливо соскреб с современных светящихся в темноте орудийных и луковых прицелов) — и урановая руда стала более радиоактивной.

К этому времени Дэвиду Хану было 17, и он решил перестать дурачиться. Он смешал свой радий с америцием и алюминием, завернул его в алюминиевую фольгу, а затем завернул всю эту кашу в свой торий и уран — разумеется, все скрепив изолентой. Наконец ему это удалось — причудливый шар с каждым днем ​​становился все более радиоактивным.Возможно, слишком большой успех — он мог уловить радиоактивность за 5 домов. Он запаниковал и начал разбирать свое творение.

31 августа 1994 года в 2 часа 40 минут была вызвана местная милиция, так как молодой человек что-то подозрительно делал возле автомобиля. Дэвид сказал полиции, чтобы они были осторожны с его ящиком для инструментов, потому что он был радиоактивным. Вскоре какие-то люди в вентилируемых белых лунных костюмах распиливали его радиоактивный сарай бензопилами и запихивали части в тридцать девять 200-литровых герметичных бочек, которые увозили в хранилище ядерных отходов.Очистка обошлась примерно в 120 000 долларов, но она защитила 40 000 близлежащих жителей от вреда.

А Дэвид? Что ж, хотя он был гением в науке, он никогда не был хорош в математике и английском. Так что сегодня он младший матрос/матрос на авианосце USS Enterprise, у которого есть 8 ядерных реакторов.

И если Джорджу Бушу когда-нибудь понадобится вызвать тяжелую артиллерию, может быть, ему следует забыть о морских котиках и SAS и призвать бойскаутов, чтобы они выполняли свою работу. до вершины

Опубликовано 15 июля 2002 г.

Напишите редактору

Используйте эти ссылки в социальных сетях, чтобы поделиться Радиоактивным бойскаутом .

Используйте эту форму, чтобы отправить электронное письмо «Радиоактивный бойскаут» кому-то из ваших знакомых:
https://www.abc.net.au/science/articles/2002/07/15/595641.htm?

Робот N-Ray для спасения: Нейтронная пушка ВВС может исследовать внутренности реактивного лайнера на наличие коррозии коррозия истребителей.Его создатели говорят, что он может сделать то же самое для коммерческих авиалайнеров.

Потенциал новой уникальной машины на базе ВВС Макклеллан стал важным элементом в поисках федеральным правительством способов сделать коммерческие авиаперевозки более безопасными после ряда проблем со стареющими реактивными лайнерами.

Федеральное авиационное управление заказало исследование высокотехнологичных методов структурных испытаний, которое будет частично сосредоточено на том, будут ли версии робота и ангара стоимостью 7,3 миллиона долларов в Макклеллане практичными для использования на авиалайнерах.

Отчет о системе обнаружения коррозии приобрел еще большее значение после того, как стало известно, что правительство готовит приказы, которые заставят авиакомпании регулярно разбирать внутреннюю часть фюзеляжей стареющих реактивных самолетов, которые в некоторых случаях не удавались, для проверки на коррозию.

В интервью представители авиационной отрасли сказали, что система имеет серьезные недостатки. Но инженеры, создавшие машину, заявили, что ее можно применять в частном секторе и заполнить пробел в испытаниях авиакомпаний.

Даг Фрум, который разработал устройство, которое является первой в мире системой нейтронного излучения или «N-излучения», позволяющей перемещать и тщательно исследовать неповрежденный самолет, выразил надежду, что авиакомпании примут эту технологию.

По словам Фрума, нет никаких причин для структурных отказов, которые поражают стареющие авиалайнеры. «Надо найти эту ахиллесову пяту. Вот в чем хороша эта система».

Частные инженеры, создавшие машину, сказали, что более крупные версии системы могут быть разработаны для сканирования целых авиалайнеров в течение нескольких часов, что положит конец трудоемкому процессу разборки и визуального осмотра на наличие коррозии.

Представители авиационной отрасли, однако, заявили, что каждая из конкурирующих авиакомпаний понесет многомиллионные расходы. Практические сложности включают в себя борьбу с излучением, которое он испускает, и адаптацию оборудования, чтобы оно могло быстро сканировать фюзеляжи авиалайнеров, добавили они.

Ассоциация воздушного транспорта Представитель Дейв Лоттерер сказал, что, хотя авиакомпании в значительной степени полагаются на визуальные проверки, рентгеновские лучи, электрические токи и звук все чаще используются для проверки частей самолетов.

Группы потребителей, которые критикуют усилия как устаревшие и неадекватные, заявили, что хотят убедиться, что полемика вокруг N-ray сосредоточена на эффективности устройства, а не только на стоимости.

«Любое устройство, которое обнаруживает . . . вред, который приходит со стареющими самолетами, безусловно, желательно иметь в наличии», — сказал Ричард Ливингстон из Международной ассоциации пассажиров авиакомпаний. «Если обнаружится коррозия в тех местах, где ее традиционно трудно найти, то какая цена безопасности? Трудно представить себе что-то слишком дорогое, чтобы защитить человеческую жизнь.”

Эксперты заявили, что коррозия может ослабить основные компоненты самолета или сам фюзеляж, что приведет к серьезным повреждениям или возможным авариям.

Недавние авиакатастрофы были связаны в основном с усталостью металла, и правительственные директивы были сосредоточены на этой проблеме, но ожидается, что последние федеральные распоряжения потребуют от перевозчиков создания собственных антикоррозионных программ с периодическими проверками различных частей каждого авиалайнера.

Коррозия больше, чем усталость металла, связана со старением, уходом за авиалайнером, окружающей средой, в которой он летает, и условиями внутри самолета.Например, частые разливы кофе на камбузе могут ускорить коррозию.

Детектор коррозии в Макклеллане стреляет нейтронами, частицами в атомах, через самолет к приемнику на другой стороне.

Нейтроны проникают в металл, но поглощаются водородом в пыли, образовавшейся в результате коррозии. Поток нейтронов преобразуется в телевизионное изображение «в реальном времени», которое можно смотреть вживую и записывать.

Сканер удерживается гибким рычагом, который свисает с движущегося верхнего луча в ангаре с бетонными стенами, достаточно толстыми, чтобы удерживать блуждающее низкоуровневое излучение.Машина управляется из центра дистанционного управления.

Операторы N-ray программируют систему для автоматического сканирования реактивных самолетов, в том числе истребителя-бомбардировщика F-111, самого большого в ВВС. Объект, достаточно большой, чтобы вместить F-111, планируется ввести в регулярную эксплуатацию к середине 1990-х годов.

Соседние объекты используют рентгеновские лучи, давний инструмент, который лучше выявляет структурные повреждения, такие как трещины, но менее эффективен для выявления таких проблем, как коррозия.

«С помощью рентгена рак не найдешь. С N-лучами вы можете, и когда вы обнаружите проблемы на ранних стадиях, вы идете, лечите их и продлеваете срок службы самолета», — сказал Фрум.

Рентгеновское оборудование включает в себя устройство, которое впервые будет сканировать неповрежденный самолет и обеспечивать телевизионное изображение, а не просто делать снимки, которые необходимо проявить.

Кроме того, к марту ВВС смогут проверять дефектные детали с помощью отдельной стационарной системы N-излучения в Макклеллане, работающей от небольшого реактора мощностью 1 мегаватт.

Вместе системы, известные как устройства «неразрушающего контроля», потому что они проверяют целостность самолетов и компонентов, будут стоить 28,7 миллиона долларов. Но чиновники ВВС говорят, что они должны окупить себя за счет снижения затрат на техническое обслуживание в течение двух лет.

Например, N-ray может за 16 часов сделать то, на что инспекторам-людям потребовалось бы несколько месяцев, если бы им пришлось разбирать самолет.

Ранее в этом году FAA, курирующее коммерческие авиаперевозки, наградило исследовательскую фирму Galaxy Scientific Corp., контракт на 47 миллионов долларов на изучение N-лучей и других методов контроля.

«Мы ищем информацию для коммерческого применения», — сказал вице-президент Galaxy Scientific Брюс Маккой, который согласился с теми, кто говорит, что технология отлично подходит для обнаружения коррозии и может быть использована на авиалайнерах.

«Но вы можете видеть, где мы находимся посередине, пытаясь вывести технологии через разрыв» между дорогостоящими технологиями тестирования и финансово конкурентоспособными авиакомпаниями, — сказал он.

С точки зрения военных, стоимость N-ray меньше, чем потеря одного самолета.

Фирма Cimcorp Robotic Systems из Сент-Пола, штат Миннесота, которая создала робототехнику для N-излучения, заявила, что может построить машину, достаточно большую, чтобы сканировать самый большой коммерческий авиалайнер примерно за 30 миллионов долларов, не считая самого здания с радиационной защитой. .

«Посмотрите на эту стоимость по сравнению со стоимостью одного авиалайнера, и это число (для N-ray) снова станет небольшим», — сказал Кен Бучер из Cimcorp. Коммерческий реактивный лайнер может стоить более 100 миллионов долларов.

Представители отрасли заявили, что N-лучи кажутся непрактичными по нескольким причинам, а их стоимость находится в верхней части списка.По их словам, военные зависят от налоговых поступлений, а авиакомпании, стремящиеся к получению прибыли, конкурируют друг с другом.

Авиалинии, в отличие от ВВС, должны были владеть объектами, а возможно, и несколькими, поэтому они были удобны, заявили представители отрасли.

Джек Гэмбл, представитель Boeing Co., когда его спросили о других жалобах отрасли на N-ray, сказал: «Я не собираюсь называть 10 причин, почему мы не хотим его использовать. Это технический вопрос».

Инженеры, создавшие N-ray Макклеллана, игнорируют многие из технических заминок, на которые ссылается отрасль.

Представители промышленности заявили, что материалы, из которых изготавливаются авиалайнеры, настолько отличаются от материалов реактивных истребителей, что N-лучи не будут столь же эффективны, как для военных, но инженеры N-лучей отвергают это возражение как необоснованное.

Представители отрасли отметили, что машина теперь не может быстро сканировать фюзеляжи. Вместо этого пленка помещается внутрь и экспонируется. Но инженеры N-ray сказали, что приемное устройство может быть разработано для отслеживания внутри пассажирского салона авиалайнера, обеспечивая сканирование «в реальном времени», которое уже возможно в таких областях, как крылья.

По мнению представителей отрасли, частному сектору, которому приходится иметь дело с профсоюзами, будет сложно управлять заводом, который связан с радиацией. Но инженеры N-ray говорят, что они используют радиацию низкого уровня, с которой несложно справиться.

Хотя сторонники N-ray считают, что авиакомпании должны внедрить эту технологию, они скептически относятся к тому, что это произойдет в ближайшее время.

Фрум считает, что потребуется давление со стороны правительства, чтобы заставить авиакомпании широко использовать N-ray: «Суть в том, что FAA должно подтолкнуть их к этому.

Технология ядерного оружия

ПЕРВОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ ядерного оружия в Соединенных Штатах была сборка ствол-пушка, в которой две подкритические массы очень высокообогащенного урана (ВОУ) были сведены вместе обычной артиллерией метательного заряда в коротком стволе орудия в единую сверхкритическую конфигурацию. (Критичность определяет минимальное количество делящегося материала в конкретной конфигурации и плотности, способное к самоподдерживающейся цепной реакции).

Второй тип оружия деления представляет собой имплозивную сборку, в которой бризантное взрывчатое вещество (с гораздо более высокой скоростью детонации, чем у метательного заряда, используемого в пушечном оружии) сжимает делящийся материал так, что он достигает сверхкритической массы.Для сборки имплозии требуется меньше делящегося материала, потому что критическая масса изменяется обратно пропорционально квадрату плотности.

Ядерный взрыв требует экспоненциально растущей цепной реакции деления, в которой нейтрон вызывает деление, производя энергию и высвобождая два или три нейтрона, более одного из которых в среднем вызывает другое деление, и так далее. Это цепное воспроизводство нейтронов и последующее деление завершается разборкой системы, вызванной быстрым выделением энергии в результате процесса деления.И в сборках типа «пушка-ствол», и в сборках имплозивного типа были разработаны нейтронные источники, испускающие нейтроны в нужное время и достаточно быстро, чтобы цепная реакция с высокой вероятностью инициировалась до того, как материал будет механически разобран со скоростью, близкой к то, с чем он был собран.

В делящихся материалах, используемых в ядерном оружии (U-235 и плутоний-239), деление происходит главным образом за счет быстрых нейтронов, которые перед столкновением с ядром проходят расстояние всего 7–10 сантиметров, так что каждое удвоение заселенность нейтронами составляет около 0.01 микросекунда (стомиллионная доля секунды). Сила сложных процентов такова, что, начиная с одного деления, время, необходимое в этом интервале удвоения, чтобы вызвать деление 1 кг расщепляющегося материала, равно времени, необходимому для 80 таких удвоений, или менее 1 микросекунды (одной миллионной секунды). ). Это соответствует выделению энергии, эквивалентному примерно 17 килотоннам (17 000 тонн) бризантного взрывчатого вещества. Оружие пушечного типа, использовавшееся в Хиросиме и содержащее около 60 кг ВОУ, произвело выброс энергии, эквивалентный примерно 15 килотоннам бризантного взрывчатого вещества.

 

Приобретение оружия

Выделение урана-235 из в 140 раз более распространенного изотопа урана-238 (U-238) в природном уране является дорогостоящим и трудным процессом, который изначально не мог быть рассчитывал предоставить расщепляющийся материал так быстро, как это считалось необходимым в программе вооружения США во время Второй мировой войны. Соответственно, с открытием нового элемента плутония (в частности, изотопа Pu-239, который производится в ядерных реакторах на природном уране путем паразитного захвата нейтронов ураном-238) в Хэнфорде, штат Вашингтон, были построены производственные реакторы.Реактор тепловой мощностью 250 мегаватт производит около 250 граммов плутония в сутки. Приблизительно 6 кг плутония было использовано при первом в мире ядерном взрыве — испытании «Тринити», проведенном в Аламогордо, штат Нью-Мексико, 16 июля 1945 года, — и такое же оружие было взорвано над Нагасаки через три дня после Хиросимы.

Плутоний нельзя использовать в сборочном оружии, поскольку компоненты перемещаются слишком медленно. Pu-239 сопровождается изотопом Pu-240, который имеет распад «спонтанного деления», при котором нейтроны непрерывно вводятся в любую массу плутония.Относительно медленная сборка металлических блоков в плутониевой пушке (измеряемая в миллисекундах) даст таким нейтронам время для начала цепной реакции, когда сборка едва ли станет сверхкритической, что приведет к значительному снижению мощности. Таким образом, для плутониевого оружия сборка достигается за счет имплозии, которая происходит в течение микросекунд.

В годы после 1945 года были внесены нововведения, направленные на уменьшение количества дорогостоящего расщепляющегося материала, необходимого для ядерного оружия, и повышение его безопасности.С начальной конфигурацией, намного удаленной от критичности, оружие было более безопасным против нежелательного ядерного взрыва. Тем не менее, можно представить себе аварии, при которых бризантное взрывчатое вещество детонирует в какой-то точке, например, в результате удара винтовочной пули по взрывчатому веществу или случайного сброса ядерной бомбы. Почти с самого начала программы США требовалось, чтобы ядерное оружие было защищено от таких нежелательных ядерных взрывов. В течение нескольких лет это достигалось с помощью систем, в которых часть делящегося ядра оружия хранилась отдельно от взрывчатого вещества и вставлялась только во время полета самолета при выполнении реальной миссии. Но поскольку это препятствовало боевой готовности и гибкости, более позднее оружие было разработано с внутренними механическими предохранительными устройствами или так, чтобы оно было «по своей сути» одноточечным.

В 1951 году США впервые опробовали концепцию «форсирования», при которой к обычной бомбе деления добавлялось небольшое количество термоядерного топлива. В настоящее время это достигается за счет использования газовой смеси дейтерия и трития внутри полой «ямы» имплозивного оружия. При температурах, достигаемых в начале ядерного взрыва, часть ядер трития реагирует с ядрами дейтерия с образованием ядер гелия и нейтрона с энергией 14 миллионов вольт; эти нейтроны чрезвычайно эффективны в делении сжатого делящегося материала.Хотя термоядерная реакция производит относительно небольшое количество общей энергии, она приводит к значительному количеству нейтронов, которые усиливают или повышают реакцию деления до более высокого уровня. Повышение еще больше повышает безопасность такого взрывчатого вещества, потому что в противном случае для достижения повышенного выхода потребовалось бы большее количество расщепляющегося материала.

Однако форсирование добавляет свои проблемы к проектированию и обслуживанию ядерного оружия, потому что водород химически реагирует с плутонием и ураном, а искусственный изотоп водорода (тритий) имеет период полураспада 12.3 года, так что запас трития необходимо обновлять в масштабе нескольких лет. Хотя оставшийся тритий может быть переработан, ускорение требует продолжения производства трития, если количество ядерного оружия не падает со временем быстрее, чем скорость распада трития.

В 1952 году Соединенные Штаты продемонстрировали своим испытанием «MIKE» мощностью 10 мегатонн концепцию, представленную в начале 1951 года Эдвардом Теллером и Станиславом Уламом, согласно которой энергия «первичного» ядерного взрыва, проявляющаяся в виде теплового рентгеновского излучения , используется для сборки «вторичного» заряда, содержащего термоядерное горючее.Первоначально вторичный резервуар содержал жидкий дейтерий, который требовал охлаждения и был громоздким. Вторичный элемент вскоре был заменен твердым термоядерным топливом с использованием дейтерия, который затвердевал путем химического связывания с встречающимся в природе более легким изотопом лития, который в процессе улавливает нейтроны и дает тритий для сжигания с дейтерием.