Пучковое оружие - насколько оно реально? Пучковое оружие: ионные пушки Холодной войны Ионная пушка
Пучковое оружие - насколько оно реально?
Камера перезарядки пучковой пушки.
("Крылатые ракеты в морском бою" Б.И. Родионова, Н.Н. Новикова, изд. Воениздат, 1987 года.)
Пучковое оружие
Вот мы и добрались до пресловутой ионной пушки. Впрочем, пучок заряженных частиц - это не
обязательно ионы. Это могут быть электроны, протоны и даже мезоны. Можно разгонять и
нейтральные атомы или молекулы.
Суть метода состоит в том, что заряженные частицы, обладающие массой покоя, разгоняются в
линейном ускорителе до релятивистских (порядка скорости света) скоростей и превращаются в
своеобразные «пули» с высокой пробивной способностью.
На заметку: первые попытки взять на вооружение пучковое оружие относятся к 1994 году.
Исследовательская лаборатория ВМФ США провела серию испытаний, в ходе которых выяснилось,
что пучок заряженных частиц способен пробить проводящий канал в атмосфере и без особых
потерь распространяться в нем на расстоянии нескольких километров. Предполагалось
использовать пучковое оружие для борьбы с самонаводящимися противокорабельными ракетами.
При энергии «выстрела» 10 кДж повреждалась электроника наведения на цель, импульс в 100 кДж
подрывал боевой заряд, а 1 МДж приводил к механическому разрушению ракеты. Однако
совершенствование других способов борьбы с противокорабельными ракетами сделало их
дешевле и надежнее, поэтому пучковое оружие во флоте не прижилось.
Зато исследователи, работающие в рамках СОИ, обратили на него самое пристальное внимание.
Однако первые же эксперименты в вакууме показали, что направленный пучок заряженных частиц
невозможно сделать параллельным. Причина - электростатическое отталкивание одноименных
зарядов и искривление траектории в магнитном поле Земли (в этом случае - именно сила Лоренца).
Для орбитального космического оружия это было неприемлемо, поскольку речь шла о передаче
энергии на тысячи километров с высокой точностью.
Разработчики пошли по другому пути. В ускорителе разгонялись заряженные частицы (ионы), а
затем в специальной камере перезарядки они становились нейтральными атомами, но скорости
при этом практически не теряли. Пучок нейтральных атомов может распространяться сколь угодно
далеко, двигаясь практически параллельно.
Факторов поражения у пучка атомов несколько. В качестве разгоняемых частиц используются
протоны (ядра водорода) или дейтроны (ядра дейтерия). В камере перезарядки они становятся
атомами водорода или дейтерия, летящими со скоростями в десятки тысяч километров в секунду.
Попадая в цель, атомы легко ионизируются, теряя единственный электрон, при этом глубина
проникновения частиц увеличивается в десятки и даже сотни раз. В результате происходит
термическое разрушение металла.
Кроме того, при торможении частиц пучка в металле возникнет так называемое «тормозное
излучение», распространяющееся по ходу движения пучка. Это рентгеновские кванты жесткого
диапазона и рентгеновские кванты.
В итоге, даже если обшивка корпуса не будет пробита пучком ионов, тормозное излучение с
большой вероятностью уничтожит экипаж и выведет из строя электронику.
Также под воздействием пучка частиц высокой энергии в обшивке будут наводиться вихревые
токи, рождающие электромагнитный импульс.
Таким образом, пучковое оружие обладает тремя поражающими факторами: механическое
разрушение, направленное гамма-излучение и электромагнитный импульс.
Однако «ионная пушка», описанная в фантастике и фигурирующая во многих компьютерных
играх, - это миф. Ни в каком варианте подобному оружию, находящемуся на орбите, не удастся
пробить атмосферу и поразить какую-либо цель на поверхности планеты. С таким же успехом
ее жителей можно бомбить подшивками газет или рулонами туалетной бумаги. Ну, разве что
планета лишена атмосферы, а ее жители, не нуждающиеся в дыхании, свободно разгуливают по улицам городов.
Основная цель пучкового оружия - боевые блоки ракет на заатмосферном участке, челночные
корабли и аэрокосмические самолеты класса «Спираль».
ПУЧКОВОЕ ОРУЖИЕ
Поражающим фактором пучкового оружия является остронаправленный пучок заряженных или
нейтральных частиц высоких энергий – электронов, протонов, нейтральных атомов водорода.
Мощный поток энергии, переносимый частицами, может создать в материале цели интенсивное
тепловое воздействие, ударные механические нагрузки, инициировать рентгеновское излучение.
Применение пучкового оружия отличается мгновенностью и внезапностью поражающего действия.
Ограничивающим фактором по дальности действия этого оружия являются частицы газов,
находящиеся в атмосфере, с атомами которых взаимодействуют разогнанные частицы, постепенно
теряя свою энергию.
Наиболее вероятными объектами поражения пучкового оружия может быть живая сила,
электронное оборудование, различные системы вооружения и военной техники: баллистические и
крылатые ракеты, самолеты, космические аппараты и т.п. Работы по созданию пучкового оружия
получили наибольший размах вскоре после провозглашения президентом США Рональдом Рейганом
программы СОИ.
Центром научных исследований в этой области стала Лос-Аламосская национальная лаборатория.
Эксперименты в ту пору проводились на ускорителе ATS, затем на более мощных ускорителях.
При этом специалисты полагают, что такие ускорители частиц явятся надежным средством
селекции атакующих боеголовок ракет противника на фоне «облака» ложных целей. Исследования
пучкового оружия на основе электронов ведутся также в Ливерморской национальной лаборатории.
По заявлению некоторых ученых, там предпринимались успешные попытки получить поток
высокоэнергетических электронов, по мощности превосходящий в сотни раз получаемый в
исследовательских ускорителях.
В этой же лаборатории в рамках программы «Антигона» было экспериментально установлено,
что электронный пучок почти идеально, без рассеяния, распространяется по ионизированному
каналу, предварительно созданному лучом лазера в атмосфере. Установки пучкового оружия имеют
большие массово-габаритные характеристики и поэтому могут создаваться как стационарные либо
на специальной подвижной технике большой грузоподъемности.
PS: случайно в широко известном коммьюнити science_freaks
завязался спор о реальности
систем пучкового оружия, причём оппоненты всё больше выступали именно за его нереальность.
Пошарив в открытых всему инету источниках, нарыл массу информации, часть которой привёл
выше. Интересует, кто что может сказать обоснованно по наличию действующих и перспективам
разработки новых систем вооружений, относимых к пучковому оружию?
Воздействие на поверхность электронами и ионами осуществляется с помощью устройств, называемых соответственно электронными пушками (ЭП) и ионными пушками (ИП). Данные устройства формируют пучки заряженных частиц с заданными параметрами. Основные общие требования, предъявляемые к параметрам электронных и ионных пучков, предназначенных для воздействия на поверхность в целях ее анализа, следующие:
- 1) минимальный энергетический разброс;
- 2) минимальная расходимость в пространстве;
- 3) максимальная стабильность тока в пучке со временем. Конструктивно в ЭП и ИП можно выделить два основных блока:
эмиссионный блок (в электронных пушках) или источник ионов (в ионных пушках), предназначенный для создания самих заряженных частиц (катоды в ЭП, ионизационные камеры в ИП), и блок формирования пучка, состоящий из элементов электронной (ионной) оптики, предназначенный для ускорения и фокусировки частиц. На рис. 2.4 показана простейшая схема электронной пушки.
Рис. 2.4.
Электроны, вылетающие из катода, фокусируются в зависимости от их начальных скоростей вылета, но все траектории их пересекаются вблизи катода. Линзовый эффект, создаваемый первым и вторым анодами, дает изображение точки этого пересечения в другой удаленной точке. Изменение потенциала на управляющем электроде меняет полный ток в пучке путем изменения глубины минимума потенциала пространственного заряда возле катода). В качестве катодов электронных пушек малой мощности используются тугоплавкие металлы и оксиды редкоземельных металлов (работающие на принципах получения электронов путем термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий); для получения мощных электронных пучков используются явления автоэлск- тронной и взрывной эмиссии. Для диагностики поверхности применяются ИП со следующими способами получения ионов: электронным ударом", методом вакуумной искры, фотоионизацией", с помощью сильных электрических полей", ионно-ионной эмиссией; взаимодействием лазерного излучения с твердым телом; в результате прилипания электронов к атомам и молекулам (для получения отрицательных ионов); за счет ионно-молекулярных реакций; за счет поверхностной ионизации.
Кроме источников с перечисленными способами ионизации, иногда используются дуговые и плазменные источники ионов. Часто применяют источники, в которых совмещают ионизацию полем и электронным ударом. Схема такого источника показана на рис. 2.5. Газ поступает в источник по трубке напуска. Крепление токовводов эмиттера и ионизационной камеры осуществлено на керамической шайбе. В режиме ионизации электронным ударом включается накал катода и электроны ускоряются в ионизационную камеру за счет разности потенциалов между катодом и камерой.
Рис. 2.5. Схема источника ионов с ионизацией полем и электронным ударом: 1 - токовводы; 2 - трубка для напуска газа;
- 3 - керамическая шайба; 4 - эмиттер;
- 5 - катод; б - ионизационная камера;
- 7 - вытягивающий электрод; 8 - фокусирующий электрод; 9, 10 - корректирующие пластины; 11 - коллимирующие пластины; 12 - отражающий электрод; 13 - коллектор электронов
Ионы вытягиваются из ионизационной камеры с помощью вытягивающего электрода. Для фокусировки пучка ионов используется фокусирующий электрод. Коллимация пучка осуществляется коллимирующими электродами, а его корректировка в горизонтальном и вертикальном направлениях - корректирующими электродами. Ускоряющий потенциал подастся на ионизационную камеру. При ионизации высоковольтным полем ускоряющий потенциал подается на эмиттер. В источнике могут быть использованы три типа эмиттеров: острие, гребенка, нить. Для примера приведем конкретные величины напряжений, применяемых в работающей ИП. При работе с нитью типовые потенциалы на электродах равняются: эмиттер +4 кВ; ионизационная камера 6-10 кВ; вытягивающий электрод от -2,8 до +3,8 кВ; корректирующие пластины от -200 до +200 В и от -600 до +600 В; щелевые диафрагмы 0 В.
Военные развитых стран постоянно ищут принципиальной новые виды вооружений, чтобы иметь тактическое и стратегическое преимущество. В свое время, одним из перспективных видов стратегических вооружений была так называемая ионная пушка, которая вместо снарядов использует ионы или нейтральные атомы.
В фантастических произведениях подобное оружие называется бластерами, дезинтеграторами и еще кучей разных названий. В принципе, современные технологии вполне позволяют создать подобное оружие в металле, однако, есть ряд ограничений, которые не позволяют использовать данное оружие даже в стратегических целях.
История ионной пушки началась в США, когда заокеанские военные стали искать новые способы нейтрализации советских ракет с разделяющимися боеголовками. При облучении летящего боевого блока ракеты ионами, возникали помехи, вызванные сбоями в полупроводниковых приборах, вихревые токи создавали помехи в исполнительных механизмах. Если обычный блок практически не имел управляющей электроники, то при облучении он продолжал лететь по той же траектории. А при облучении боевого блока ракета должна была начать рыскать из стороны в сторону. Таким образом, ионная пушка должна была помочь быстро отличить боевые блоки от имитаций.
Исследования данного вида вооружения начались в Лос-Аламосе, там, где была создана первая атомная бомба. Через некоторое время, появились первые результаты. Оказалось, что пучок частиц или лазерный луч мощностью в десять тысяч джоулей легко дезориентировал навигационный блок ракеты. Луч с мощностью в сто тысяч джоулей может вызвать детонацию боезаряда летящей ракеты за счет электростатической индукции, а вот луч в миллион джоулей просто повреждал всю электронику ракеты настолько, что она переставала функционировать.
При технической реализации ионной пушки, возник ряд технический трудностей. Первая проблема заключалась в том, что одноименно заряженные ионы просто не могли лететь плотным пучком из-за того что они взаимно отталкивались и вместо плотного и мощного импульса, получался рассеянный и очень слабый. Второй проблемой было то, что ионы взаимодействовали с атомами атмосферы, теряли энергию и рассеивались. Еще одна техническая трудность заключалась в том, что пучок заряженных частиц просто отклонялся от прямолинейной траектории движения за счет взаимодействия с магнитным полем.
Эти технические трудности были преодолены интересными техническими решениями. Перед основным пучком частиц, излучался мощный лазерный импульс, который ионизировал воздух на своем пути и создавал разряжение, так необходимое для движения пучка частиц. Непосредственно в конструкцию ускорителя частиц было внесено изменение, была установлена дополнительная камера, где разогнанные ионы соединялись с электронами и излучались уже нейтральными атомами. Нейтральные атомы не взаимодействовали с магнитным полем Земли и двигались прямолинейно в ионизированном канале.
Другая проблема, которая встала на пути разработчиков такого оружия не может быть решена даже с помощью самых современных технологий. Эта проблема заключается в том, что нет компактного и очень мощного источника энергии, способного обеспечить функционирование такого оружия. Рядом с такой ионной пушкой надо строить отдельную электростанцию, что совершенно неприемлемо в виду высоких затрат и демаскировки.
В вымышленных вселенной «Звёздных войн» активно используются планетарные ионные пушки - оружие наземного или корабельного базирования, способное поражать вражеские корабли на низких орбитах. Применение планетарной ионной пушки не наносит физического ущерба кораблю, а выводит из строя его электронику. Недостатком ионной пушки является маленький сектор обстрела, позволяющий защищать территории площадью всего в несколько квадратных километров. Поэтому данный вид оружия используют только для прикрытия стратегических объектов (космопортов, генераторов планетарных щитов, крупных городов и военных баз). Скорострельность ионной пушки составляет 1 выстрел в 5-6 секунд, поэтому для полноценной обороны планеты необходимо использовать целую систему огневых точек и щитов Примером ионной планетарной пушки является созданный на верфях Куата «Планетарный защитник V-150», который применялся силами Альянса на базе Хот. V-150 защищен сферической пермацитовой оболочкой. Питание от реактора, находящегося в 40 метрах под поверхностью земли. Боевой расчет - 27 солдат. На открытие сферической оболочки для выстрела требуется несколько минут. Именно V-150 вывела из строя имперский звёздный разрушитель «Мститель». Ионные пушки входят в состав вооружения звёздного разрушителя класса «Победа».В фильме «Чужие» упоминается такой вид оружия.Ионная пушка характерна для компьютерных игр в жанре глобальных стратегий: серия Command & Conquer (орбитального базирования), Crimsonland (ручной вариант), Master of Orion, Ogame (не ручной вариант)], «Вселенная X» от Egosoft, линейка StarWars от Bioware Corporation, Petroglyph Games (развившая идею до ионной гаубицы) и другие. Ионная пушка в указанных компьютерных играх предстает в разных обличьях: от ручного оружия до орбитального аппарата[. Например в Command & Conquer выпускаемый с орбитальной станции мощный ионный луч уничтожал цели на поверхности Земли. Из-за огромных размеров существовала только одна ионная пушка, к тому же имевшая большое время перезарядки. Являлась стратегическим оружием GDI (Global Defense Initiative). Применение ионной пушки вызывало ионные штормы в атмосфере с нарушением связи и повышением уровня озона. Однако на самом деле ионная пушка способна пробить только достаточно разряженную планетарную атмосферу, тогда как плотную планетарную атмосферу, как например атмосферу Земли, пробить уже неспособна и, следовательно, неспособна поразить цели на поверхности Земли (проведённые в 1994 году в США эксперименты определили дальность действия пучкового оружия в условиях атмосферы всего в несколько километров). А в OGame ионное орудие входит в состав планетарной обороны. Оно имеет преимущество в виде мощного силового щита, недостаток в виде высокой стоимости и по боевым параметрам уступает линкору].Новейшие виды вооружения не ограничиваются источниками электромагнитного излучения. Космический вакуум дает возможность использовать в качестве оружия и вещественные носители энергии, движущиеся с большой скоростью: ракеты-перехватчики, самонаводящиеся высокоскоростные снаряды ($m\approx 1$ кг, $v \approx 10-40$ км/с), разгоняемые в электромагнитных ускорителях, и микроскопические частицы (атомы водорода, дейтерия; $v\sim c$), также ускоренные электромагнитным полем. Все эти виды оружия рассматриваются в связи с программой "звездных войн".
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПУШКИ (ЭП)-Их называют также оружием высокой кинетической энергии, или электродинамическими ускорителями массы. Заметим сразу, что они интересуют не только военных. С помощью ЭП предполагается осуществлять выброс радиоактивных отходов с Земли за пределы Солнечной системы, транспортировку с поверхности Луны материалов для космического строительства, запуск межпланетных и межзвездных зондов. Предварительные подсчеты показывают, что доставка грузов в космос с помощью ЭП обойдется в 10 раз дешевле, чем с помощью шаттла (300 долл. за 1 кг, а не 3000 долл., как у шаттла).В рамках СОИ предполагается использовать ЭП для запуска баллистических (неуправляемых) или самонаводящихся снарядов для поражения взлетающих МБР (возможно, еще в верхних слоях атмосферы) и боеголовок вдоль всей траектории их полета.Идея использования ЭП восходит еще к началу нашего века. В 1916 г. была первая попытка создать ЭП, надевая на ствол орудия обмотки из провода, по которым пропускался ток. Снаряд под действием магнитного поля последовательно втягивался в катушки, получал ускорение и вылетал из ствола. В этих экспериментах снаряды массой 50 г удавалось разогнать до скорости только 200 м/с. С 1978 г. в США была начата программа создания ЭП в качестве тактического оружия, а в 1983 г. она была переориентирована для создания стратегических средств ПРО.Обычно в качестве космической ЭП рассматривается "рельсотрон" - две токопроводящие шины ("рельсы"), между которыми создается разность потенциалов. Токопроводящий снаряд (или его часть, например, облачко плазмы в хвостовой части снаряда) располагается между рельсами и замыкает электрическую цепь). Ток создает магнитное поле, взаимодействуя с которым снаряд ускоряется силой Лоренца. При токе в несколько миллионов ампер можно создать поле в сотни килогаусс, которое способно разгонять снаряды с ускорением до 105g. Чтобы снаряд приобрел необходимую скорость 10-40 км/с, потребуется ЭП длиной 100-300 м. Снаряды у таких орудий, вероятно, будут иметь массу $\sim 1$ кг (при скорости 20 км/с запас его кинетической энергии будет $\sim 10^8$ Дж, что эквивалентно взрыву 20 кг тротила) и будут снабжены полуактивной системой самонаведения. Прототипы таких снарядов уже созданы: они имеют ИК-датчики, реагирующие на факел ракеты или на излучение "подсвечивающего" лазера, отраженное от боеголовки. Эти датчики управляют реактивными двигателями, создающими снаряду боковой маневр. Вся система выдерживает перегрузки до 105g.Созданные сейчас американскими фирмами опытные образцы ЭП стреляют снарядами массой 2-10 г со скоростью 5-10 км/с. Одной из важнейших проблем при создании ЭП является разработка мощного импульсного источника тока, в качестве которого обычно рассматривается униполярный генератор (ротор, разгоняемый турбиной до нескольких тысяч оборотов в минуту, с которого путем короткого замыкания снимается огромная пиковая мощность). Сейчас созданы униполярные генераторы с энергоемкостью до 10 Дж на 1 г собственной массы. При их использовании в составе ЭП масса энергоблока будет достигать сотни тонн. Как и для газовых лазеров, большую проблему для ЭП представляет рассеяние тепловой энергии в элементах самого устройства. При современной технике исполнения КПД ЭП вряд ли будет превышать 20%, а значит, большая часть энергии выстрела будет уходить на разогрев орудия. Можно не сомневаться, что прекрасные перспективы для разработчиков ЭП открывает недавнее создание высокотемпературных сверхпроводников. Использование этих материалов, вероятно, приведет к значительному улучшению характеристик ЭП.
РАКЕТЫ-ПЕРЕХВАТЧИКИ-Может показаться, что стратегия "звездных войн" полностью основана на новых технических принципах, но это не так. Значительная доля усилий (примерно 1/3 всех ассигнований) тратится на развитие традиционных средств ПРО, т. е. на разработку ракет-перехватчиков, или как их еще называют, противоракет, антиракет. В связи с прогрессом электроники и улучшением системы управления ПРО антиракеты теперь все чаще снабжаются неядерными боеголовками, поражающими ракету противника путем прямого соударения с ней. Для надежного поражения цели такие ракеты снабжены специальным поражающим элементом зонтичного типа, который представляет из себя раскрывающуюся конструкцию диаметром 5-10 м из сетки или упругих металлических лент.Для защиты важных наземных объектов создаются противоракетные комплексы, способные уничтожать боеголовки на конечном участке траектории, в верхних слоях атмосферы. Иногда их боеголовки снабжают взрывчатым зарядом осколочного типа, рассеивающим в пространстве поражающие элементы наподобие картечи. Не отказываются и от применения ядерных зарядов в связи с появлением боеголовок, способных маневрировать в атмосфере. Для защиты шахтных пусковых установок МБР существуют артиллерийские и ракетные системы залпового огня, создающие на высоте несколько километров над землей плотную завесу из стальных куоиков или шариков, которые поражают боеголовку при столкновении с ней.Предполагается разместить ракеты-перехватчики и на орбитальных платформах для борьбы с ракетами и боеголовками вдоль всей надатмосферной части их траектории Не исключено, что именно антиракеты космического базирования станут первым реально развернутым в космосе элементом стратегической ПРО. Нынешняя администрация США хорошо понимает, что не успеет в полном объеме осуществить свои планы "звездных войн". Но, чтобы следующей администрации не было пути назад, важно уже сейчас сделать что-то реальное перейти от слов к делу. Поэтому в срочном порядке обсуждается возможность в ближайшие годы развернуть в космосе примитивную систему ПРО на основе самонаводящихся антиракет, не способную в полном объеме выполнить задачу "космического зонтика над страной", но дающую некоторые преимущества в случае глобального ядерного конфликта.
ПУЧКОВОЕ ОРУЖИЕ-Мощный пучок заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) или пучок нейтральных атомов также может быть использован в качестве оружия. Исследования по пучковому оружию начались более 10 лет назад с целью создать морскую боевую станцию для борьбы с противокорабельными ракетами (ПКР). При этом предполагалось использовать пучок заряженных частиц, которые активно взаимодействуют с молекулами воздуха, ионизуют и нагревают их. Расширяясь, нагретый воздух существенно уменьшает свою плотность, что дает возможность заряженным частицам распространяться дальше. Серия коротких импульсов может сформировать своеобразный канал в атмосфере, сквозь который заряженные частицы будут распространяться почти беспрепятственно (для "пробивания канала" можно использовать и луч УФ-лазера). Импульсный пучок электронов с энергией частиц $\sim 1$ ГэВ и силой тока в несколько тысяч ампер, распространяясь через атмосферный канал, может поразить ракету на расстоянии 1-5 км. При энергии "выстрела" 1-10 МДж ракета получит механические повреждения, при энергии $\sim 0,1$ МДж может произойти подрыв боезаряда, а при энергии 0,01 МДж может быть повреждена электронная аппаратура ракеты.Однако использовать пучки заряженных частиц в космосе для целей ПРО считается бесперспективным. Во-первых, такие пучки имеют заметную расходимость из-за кулоновского отталкивания одноименно заряжен ных частиц, а во-вторых, траектория заряженного пучка искривляется при взаимодействии с магнитным полем Земли. При ведении морского боя это не заметно, но на расстояниях в тысячи километров оба эти эффекта становятся весьма существенными. Для создания космической ПРО считается целесообразным использовать пучки нейтральных атомов (водорода, дейтерия), которые в виде ионов предварительно разгоняются в обычных ускорителях.Быстролетящий атом водорода является достаточно слабо связанной системой: он теряет свой электрон при соударении с атомами на поверхности мишени. Но образующийся при этом быстрый протон обладает большой проникающей способностью: он может поразить электронную "начинку" ракеты, а при определенных условиях даже расплавить ядерную "начинку" боеголовки.Поскольку в основе своей пучковое оружие связано с электромагнитными ускорителями и концентраторами электрической энергии, можно предположить, что создание промышленных высокотемпературных сверхпроводников ускорит разработку и улучшит характеристики этого оружия.
http://www.astronet.ru/db/msg/1173134/ch3.html
Военный эксперт, директор аналитического издания «Русь православная» Константин Душенов в авторской статье рассказал о разработке Россией мощнейшего оружия на новых физических принципах – «пучкового оружия». По словам Душенова, это оружие будет самым мощным из всех имеющихся на вооружении любого государства. Эксперт отмечает, что на данный момент разработки настолько секретны, что даже их внешний облик известен очень малому кругу военных специалистов. Сейчас РФ делает все возможное для развития такого оружия, поскольку его создание сделает Россию бесспорным лидеров в вооружении на десятки лет вперед. Это будет настоящая революция в сфере ведения боевых действий. Так называемое «пучковое оружие», утверждает эксперт, является особой разновидностью вооружения. Принцип его действия заключается в формировании пучка частиц (электронов, протонов, ионов или нейтральных атомов), которые специальным ускорителем будут достигать околосветовых скоростей. Кроме того, будет использоваться кинетическая энергия для поражения объектов. В 90-х годах США пытались протестировать подобное оружие, однако их опыт был неудачен, и разработки прекратились. Россия, считает Душенов, продвинулась в этом вопросе намного дальше, учитывая наличие уникальной технологии - компактного модульного трехмерного линейного ускорителя на обратной волне. Подобная технология используется в работе современного марсохода. На нем установлена нейтронная пушка, созданная в России. Это наглядный пример того, что у россиян есть такие технологии, и они с каждым годом модернизируются. Эксперт отметил, что «пучковое оружие» в несколько раз мощнее лазерного, поскольку лазер представляет собой поток интенсивного света и не содержит заряженных частиц. В «пучковом оружии» используются протоны. А они – монстры по сравнению с фотонами лазера. Это просто беспрецедентная мощь. К примеру, протонный генератор способен одним импульсом увеличить мощность ядерного реактора в 1000 раз, что приведет к мгновенному взрыву. В заключение Душенов отметил, что военные эксперты не теряют надежды на внесение данного оружия в госпрограмму вооружений 2025 года.
Изобретение относится к технике получения импульсных мощных ионных пучков. Ионная пушка позволяет получать пучки с большой плотностью ионного тока на внешней мишени. Катод пушки выполнен в виде витка с отверстиями для вывода ионного пучка. Внутри катода расположен анод со скруглениями на своих торцах и плазмообразующими участками напротив отверстий в катоде. Поверхности анода и катода со стороны вывода ионного пучка выполнены в виде части соосных цилиндрических поверхностей. Катод выполнен составным из двух пластин. Катодная пластина, имеющая отверстия для вывода пучка, с обеих своих концов соединена с корпусом посредством штыревых гребенок. Вторая катодная пластина с обеих своих концов подсоединена к выводам двух источников тока разной полярности также посредством штыревых гребенок, встречных к штыревым гребенкам первой пластины. Вторые выводы источников тока соединены с корпусом пушки, и расстояние между соседними штырями в штыревых гребенках выбирается меньшим, чем анод-катодный зазор. Такое выполнение ионной пушки позволяет значительно ослабить поперечное магнитное поле в закатодном пространстве и получить баллистически сходящийся мощный ионный пучок. 2 ил.
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для генерации мощных ионных пучков. Практическое использование мощных ионных пучков в технологических целях часто предъявляет требования достижения максимально возможной плотности ионного пучка на поверхности мишени. Такие пучки необходимы при снятии покрытий и очистке поверхности деталей от нагара, нанесении пленок из материала мишени и т.д. При этом необходимо обеспечивать большой ресурс работы ионной пушки и стабильность параметров генерируемого пучка. Известно устройство, предназначенное для получения сфокусированного на ось мощного ионного пучка (а.с. N 816316 "Ионная пушка для накачки лазеров" Быстрицкий В.М., Красик Я.Е., Матвиенко В.М. и др. "Магнитно - изолированный диод с B полем", Физика плазмы, 1982, т.8, в.5, с 915-917). Это устройство состоит из цилиндрического катода, имеющего продольные прорези вдоль своей образующей и предназначенные для вывода ионного пучка во внутрикатодное пространство. К концам катода, выполненного в виде беличьего колеса, подключен источник тока, создающий изолирующее магнитное поле. Цилиндрический анод, имеющий плазмообразующее покрытие на своей внутренней поверхности, расположен коаксиально с катодом. При срабатывании источника тока и поступлении положительного высоковольтного импульса на анод образующиеся из материала анодного покрытия ионы ускоряются в анод-катодном зазоре и баллистически фиксируются на ось системы. Высокая степень фокусировки достигается благодаря отсутствию поперечного магнитного поля в закатодном пространстве и распространению ионного пучка в условиях, близких к бессиловому дрейфу. Недостатком этого устройства является невозможность получения сфокусированного ионного пучка, выходящего из пушки для облучения мишеней, расположенных вне ее. Наиболее близкое к предлагаемому устройство по а. с. N 1102474 "Ионная пушка" выбрано за прототип. Эта ионная пушка содержит катод, выполненный в виде разомкнутого плоского витка с отверстиями для вывода ионного пучка и плоский анод, расположенный внутри катода и имеющий скругления на своих торцах. На аноде, напротив отверстий в катоде, располагаются плазмообразующие участки. К разомкнутым концам катода подключен источник тока и между этими же концами катода расположен тонкий проводящий экран, выполненный в виде полуцилиндра и имеющий электрический контакт с обоими концами катода. Этот тонкий экран задает цилиндрическую геометрию распределения электрического поля на этом участке ионной пушки, что снижает локальные потери электронов на анод в этом месте. Низкая механическая прочность тонкого экрана является недостатком данного устройства, что снижает ресурс непрерывной работы ионной пушки. Простое увеличение толщины экрана невозможно, поскольку в этом случае экран начинает существенно шунтировать источник тока и значительно искажать распределение магнитного поля вблизи себя. При срабатывании источника тока в анод-катодном зазоре создается изолирующее поперечное магнитное поле для электронного потока. Ионы пересекают ускоряющий зазор лишь с незначительным отклонением от прямолинейной траектории. Пройдя через катодные отверстия, ионный пучок нейтрализуется холодными электронами, вытягиваемыми из стенок катода. При выходе из катодных отверстий нейтрализованный по заряду пучок начинает распространятся в области, где существует поперечное магнитное поле. В ионной пушке используется быстрое магнитное поле (десятки микросекунд) и массивные электроды, "непрозрачные" для таких полей, что упрощает геометрическую юстировку системы и магнитную изоляцию (В.М. Быстрицкий, А.Н. Диденко "Мощные ионные пучки". - М.: Энергоатомиздат. 1984, с. 57-58). Поскольку силовые линии магнитного поля замкнуты и охватывают катод, не проникая в массивные электроды, то ионный пучок при своем движении от катодных щелей до заземленного корпуса (или соединенной с ним мишени) пересекает магнитный поток, по величине близкий потоку в анод-катодном зазоре. Наличие поперечного магнитного поля в закатодном пространстве резко ухудшает условия транспортировки, и углы расходимости ионного пучка достигают 10 o в закатодном пространстве. Таким образом, остается актуальной задача создания ионной пушки, предназначенной для получения сфокусированного ионного пучка на внешней мишени, обладающей высокой надежностью и большим ресурсом работы. Для решения этой задачи ионная пушка, как и прототип, содержит корпус, в котором размещены катод в виде витка с отверстиями для вывода ионного пучка, анод со скруглениями на торцах, расположенный внутри катода и имеющий плазмообразующие участки напротив отверстий катода. Разомкнутые концы катода подсоединены к источнику тока. Со стороны вывода ионного пучка поверхности анода и катода выполнены в виде части соосных цилиндрических поверхностей. В отличие от прототипа ионная пушка содержит второй источник тока, а виток катода выполнен составным из двух пластин. При этом первая катодная пластина с отверстиями для вывода ионного пучка с обеих своих концов соединена с корпусом ионной пушки посредством штыревых гребенок. Вторая катодная пластина также посредством штыревых гребенок, встречных к штыревым гребенкам первой пластины, с обеих своих концов соединяется с выводами двух источников тока разной полярности. Вторые выводы источников тока соединены с корпусом. Такое выполнение катода позволяет отделить область анод-катодного зазора, где существует быстрое изолирующее магнитное поле, от области дрейфа ионного пучка, где поперечное магнитное поле должно отсутствовать. В этой конструкции катодная пластина с отверстиями для вывода мощного ионного пучка является своеобразным магнитным экраном для быстрого поля. На фиг. 1 приведена предлагаемая ионная пушка. Устройство содержит катод, выполненный в виде двух пластин 1 и 2. Пластина 1 имеет отверстия 3 для вывода пучка и соединена с обеих своих сторон с корпусом 4 ионной пушки посредством двух штыревых гребенок 5. Вторая катодная пластина 2 соединена с выводами двух разнополярных источников тока 6 посредством встречно-направленных к гребенкам 5 штыревых гребенок 7. Вторые выводы источников тока 6 соединены с корпусом ионной пушки 4. Поверхность катодной пластины 1 изогнута в виде части цилиндрической поверхности так, что в области 8 находится ось цилиндра. Внутри составного катодного витка находится плоский анод 9, имеющий скругления на своих торцах и плазмообразующия покрытие 10, расположенные напротив отверстий 3 в пластине 1. Анод 10 также изогнут в виде части цилиндрической поверхности и имеет с катодом общую ось, являющуюся в данном случае фокусом 8 системы. На фиг. 2 приведена конструкция встречных штыревых гребенок 5 и 7, соединяющих катодные пластины 1 и 2 с корпусом 4 и источниками тока 6. Устройство работает следующим образом. Включаются разнополярные источники тока 6, выводы которых соединены с корпусом пушки 4 и пластиной 2 через штыревые гребенки 7. По цепи - корпус 4, первый источник тока 6, штыревая гребенка 7, катодная пластина 2, вторая штыревая гребенка 7, второй источник тока 6, корпус 4 - протекает ток, создающий изолирующее поле в анод-катодном зазоре. Магнитное поле, создаваемое током, протекающим по катодной пластине 2, ограничено катодной пластиной 1, соединенной своими обеими концами с корпусом ионной пушки 4 посредством штыревых гребенок 5, встречно-направленных к гребенкам 7. В этом случае катодная пластина 1 является экраном для быстрого поля, которое не проникает в закатодную область, расположенную от щелей 3 до фокального пятна 8. При этом по поверхности электрода 1, обращенной к аноду, протекает наведенный ток, поверхностная плотность которого близка к поверхностной плотности тока по пластине 2, и в области встречно-направленных штыревых гребенок 5 и 7, расстояние между соседними штырями которых выбирается меньше анод-катодного зазора, создается магнитное поле, близкое к полю в области расположения выводных отверстий 3. Симметрия схемы ионной пушки приводит к тому, что в области транспортировки ионного пучка от щелей 3 до фокального пятна 8 имеются только слабые рассеянные поля по сравнению с магнитными полями в анод-катодном зазоре. В момент максимума магнитного поля в анод-катодном промежутке на анод 9 от генератора высоковольтных импульсов (на чертеже не показан) подается импульс положительной полярности. Плотная плазма, образованная на плазмообразующих участках 10 поверхности анода, служит источником ускоряемых ионов. Ионы, ускоряясь в анод-катодном промежутке, проходят через отверстия 3 в катоде и транспортируются в закатодном пространстве к области фокального пятна 8. По сравнению с прототипом, где величина поперечного магнитного поля вблизи катода за щелями достигает 40% от амплитуды поля в анод-катодном зазоре, в данном устройстве остаточное поле может быть легко снижено до долей процента. При этом реализуется дрейф ионного пучка к мишени, близкий к бессиловому. Поскольку поверхности анода 9 и катода 1 со стороны вывода ионного пучка имеют цилиндрическую геометрию, то ионы, выходящие из щелей 3, будут баллистически фокусироваться на ось 8. Степень фокусировки будет в основном ограничиваться аберрациями пучка на катодных щелях и температурой анодной плазмы. По сравнению с прототипом, в несколько раз увеличивается достижимая плотность ионного пучка на мишени при одинаковых параметрах высоковольтного генератора.
