Среди основных направлений научно-исследовательских работ было также изучение новых взрывчатых составов, их газодинамических, химико-физических и эксплуатационных характеристик, разработка технологии изготовления деталей заряда из этих составов. С этой целью была создана лаборатория под руководством Александра Федоровича Беляева.
Сферический заряд ВВ — один из основных элементов атомной бомбы. Для получения наибольшей ядерной мощности следовало было бы применить в заряде самое мощное из всех известных в то время ВВ (например, гексоген). Но, к великому сожалению, осуществить это не представлялось возможным из-за повышенной чувствительности этих ВВ к механическим воздействиям, делающей невозможной изготовление из них крупных деталей.
В конце концов, выбор пал на тротил (тринитротолуол), как самый технологичный и наиболее стойкий ко всякого рода воздействиям на него, материал. Но для усиления энергетических характеристик решено было применять его в смеси с гексогеном в соотношении 1:1 — ТГ 50/50 при незначительном повышении чувствительности.
Хотя взрывчатые вещества тротил и гексоген имеют давнюю историю и характеристики их давно изучены, свойства их смесей не были известны, не было также никаких сведений о технологии изготовления крупногабаритных деталей из этих смесей с однородной плотностью по всей массе.
Предстояло изучить, кроме химико-физических и эксплуатационных свойств, также зависимости скорости детонации от плотности и размера детали, соотношения компонентов в смеси, температуры.
Газодинамические свойства любого ВВ характеризуются скоростью детонации и скоростью движения продуктов взрыва за фронтом детонационной волны. Скорость детонации с давних времен измеряли методом Дотриша, очень простым в постановке, но весьма неудовлетворительном по точности.
Хотя самыми точными современными способами измерения скорости детонации стали фотохронографический и контактно-осциллографический, в лаборатории А.Ф.Беляева основным был метод Дотриша, но для повышения точности значительно модернизированный В.М.Некруткиным, В.К.Боболевым и П.И.Роем. Смысл модернизации заключался в сравнении скоростей детонации исследуемого образца ВВ не с детонирующим шнуром, а с хорошо изученным ВВ, принятым за эталон, по величинам отклонений от середины отметок встречи детонационных волн на плите-отметчике.
Благодаря простоте такой метод позволил оперативно вести большое количество экспериментов с вполне удовлетворительной точностью и не требовал дефицитного на то время приборного оснащения. Однако он подходил только для плоских детонационных волн; произвести же измерения скорости сходящейся детонационной волны в сферическом заряде этот метод не позволял. Для последней цели были пригодны лишь более трудоемкие фотохронографический и контактно-осциллографический методы.
Таким образом, к началу широких исследований смеси ТГ 50/50 скорость детонации научились измерять с достаточной точностью. Но значение массовой скорости продуктов взрыва (ПВ) еще не удалось измерить никому да и не было предложено ни одного метода. Поэтому не было известно уравнение состояния ПВ, необходимое для расчетов газодинамических характеристик заряда, предназначенного для обжатия плутония.
Первой попыткой измерения массовой скорости явились эксперименты, проведенные Е.К.Завойским и К.И.Паневкиным, суть которых заключалась в измерении скорости движения проводника с током вмонтированного в ВВ, в магнитном поле. Считалось, что легкий и тонкий проводник — ленточка из медной фольги определенных размеров — должен двигаться вслед за фронтом детонационной волны вместе с продуктами взрыва с той же скоростью. Если его движение происходит в магнитном поле известной напряженности, то на концах проводника возникает электродвижущая сила, величина которой измеряется с помощью осциллографа. Зная ее и напряженность магнитного поля, можно расчетом определить u — скорость движения проводника, т. е. продуктов взрыва.
Некоторое время этот метод оставался единственным и был доведен до совершенной повторяемости результатов.
Однако изучение в лаборатории Л.В.Альтшулера ударной сжимаемости материалов плоской детонационной волной выявило несоответствие давлений на фронте ударной волны в изучаемом материале и на фронте вызывающей ее детонационной волны заряда.
Дальнейшая проверка метода Е.К.Завойского в лаборатории В.А.Цукермана показала, что инерционность проводника вносила погрешность в результаты измерений.
Более точный метод «торможения» для определения параметров ударных и детонационных волн предложил Л.В.Альтшулер. Его метод позволил заметно уточнить уравнение состояния ПВ.
Когда же у нас отрабатывалась методика контактно-осциллографических измерений скоростей массовых перемещений, то было замечено расхождение в результатах, полученных по схемам натурных и модельных измерений. Путем совместной постановки эксперимента и анализом электрических схем установлено, что наша схема обладает дефектом. После принятия соответствующих мер по изменению электрической схемы и конструкции контактных датчиков ошибки в измерениях были исключены.
Таким образом, дублирование одних и тех же работ в разных лабораториях и регулярный обмен получаемыми в исследованиях результатами помогали выявлять ошибки, неизбежные в любом новом деле, появляющиеся из-за отсутствия необходимого опыта, а порой из-за недостаточной тщательности в принятии решений.
Теоретическим расчетом сферически сходящихся детонационных волн, проведенным Е.И.Забабахиным, было установлено увеличение скорости детонации по мере приближения к центру схождения. В пределе, в центре схождения, скорость детонации должна достичь бесконечной величины.
Перед нами поставили задачу экспериментально проверить результаты расчетов, т. е. измерить скорости детонации на разных радиусах заряда.
Для этих целей был разработан специальный контактный датчик, с помощью которого производилась фиксация прохождения фронтом детонационной волны заранее выбранных радиусов сферы.
Схема измерения скорости детонации такими датчиками была сначала проверена на цилиндрических зарядах с плоской детонационной волной, скорость которой была хорошо известна.
39
Измерения скоростей детонации сферически сходящихся волн стали достоверными только после реального достижения их хорошей сферичности, т. е. после отработки фокусирующих элементов, способов их размещения на сферическом заряде, создания специальной схемы инициирования и специальных электрических капсюлей-детонаторов (КД), обеспечивающих достаточную синхронность подрыва.
По результатам измерений было установлено, что скорость детонации с приближением к центру заряда растет заметно быстрее, чем определено расчетом, что можно объяснить неточностью использованного в то время уравнения состояния продуктов взрыва (ПВ), вытекающего из полученного методом Е.К.Завойского заниженного значения массовой скорости ПВ за фронтом детонационной волны.
Из экспериментальных данных также следовало, что закономерность нарастания скорости детонации с приближением к центру подтверждает расчетную при соответствующих поправках в уравнение состояния ПВ.
Как уже отмечалось выше, для изучения ударной сжимаемости различных материалов, входящих в состав атомной бомбы, и определения уравнений состояния этих материалов была создана лаборатория Льва Владимировича Альтшулера. Под его началом с первых дней широкомасштабных исследований трудились начинающие инженеры: Б.Н.Леденев, К.К.Крупников, С.Б.Кормер, А.А.Баканова, М.И.Бражник и М.П.Сперанская.
Лев Владимирович был весьма обаятельной личностью, очень чутким и внимательным товарищем, на редкость уравновешенным. «Заводился», как мы тогда выражались, он весьма редко. Когда же кого-нибудь отчитывал, то не в крикливой манере, при этом он глядел не в глаза провинившемуся, а на его ботинки, и в такт своим назиданиям рубил воздух, как дирижер. Затем поднимал глаза на собеседника и, улыбнувшись, произносил: "Ну как, понятно?"