СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЯДЕРНЫХ БОЕПРИПАСОВ Российский патент 1996 года по МПК G21J1/00 G21F5/00 

Изобретение относится к технике повышения безопасности хранения и эксплуатации ядерного оружия. Преимущественная область его использования - эксплуатация ядерных боеприпасов, содержащих химические взрывчатые (ВВ); радиоактивные (РВ) и другие вредные вещества, и защитных контейнеров для их безопасного хранения, транспортировки, эксплуатации и санкционированного вывода из рабочего состояния.

Известно техническое решение на устройство атомного и термоядерного зарядов (CHUCK HANSEN"US NUCLEAR WEAPONS THE SECRET HISTORY" US NUCLEAR WEAPONS ORION BOOKS. NEW YORK, 1988).

Атомный заряд, имеющий компактную форму, близкую в сферической, выполнен из радиоактивных материалов (например: U₂₃₅, Pu₂₃₉), которые заключены в полости заряда взрывчатого вещества. Если конструкция термоядерного заряда выполняется по американской схеме Теллера-Улама, то она включает атомный заряд и один или несколько термоядерных каскадов, не содержащих ВВ, заключенных вместе с атомным зарядом внутри отражающей оболочки корпуса. Такое техническое решение обеспечивает уменьшение количества ВВ в термоядерном заряде, т. к. ВВ требуется только для атомного заряда, служащего первичным запалом для поджига термоядерных каскадов. Уменьшение ВВ в ядерном боеприпасе до 7 18 кг и применение новых ВВ с пониженной чувствительностью к удару, трению, лучу пламени и другим факторам повышают безопасность их хранения, транспортировки и эксплуатации. Недостатком указанных ядерных боеприпасов является то, что при различных аварийных и диверсионных воздействиях не исключается взрыв ВВ атомного заряда без инициирования ядерного энерговыделения. Это влечет за собой испарение и распыление высокотоксичных РВ и катастрофическое загрязнение ими больших площадей.

Известно техническое решение на "Способ безопасной транспортировки РВ" (Нормы МАГАТЭ по безопасности. Правила безопасной перевозки радиоактивных веществ. Издание 1085 г. Международное агентство по атомной энергии Вена, 1985 г. Серия изданий по безопасности N 6), заключающийся в том, что данные материалы хранятся и транспортируются в специальных упаковочных комплектах (контейнерах), обеспечивающих сохранение герметичности при регламентируемых специальными нормами внешних аварийных воздействиях на контейнер. К таким аварийным воздействиям согласно принятых норм относятся падение с заданной высоты на жесткую плиту, регламентированное столкновение с жесткой преградой или штырем, прострел пулей, пожар и прочее. При технической реализации действующих требований в упаковочном комплекте способ предусматривает безопасное хранение и транспортирование РВ как в нормальных условиях, так и в условиях аварии.

Недостатком данного технического решения является то, что способ безопасной транспортировки РВ не может быть распространен на ядерные боеприпасы, т. к. в нем не учитываются их особенности, а именно, что в этих устройствах РВ находятся в сочетании и непосредственной близости или контакте с ВВ.

Известные защитные контейнеры не обеспечивают необходимой безопасности, т. к. они не рассчитаны на сохранение своей прочности и герметичности после аварийного внутреннего взрыва воздействия, т.е. не могут локализовать внутри своего объема продукты взрыва ВВ, а именно осколки корпуса, газы и аэрозоли РВ, которые образуются при аварийном взрыве ВВ ядерного боеприпаса.

Наиболее близким к изобретению известным техническим решением (прототип) является способ безопасной транспортировки устройств, содержащих ВВ в сочетании с РВ с использованием неповрежденных при авариях контейнеров типа Н1501, AL-SX, GAP (Кевин Э. Карбинер, Аллен Р. Йорк "Описание конструкции противоаварийных контейнеров". Симпозиум по аварийностойким контейнерам и обеспечению безопасности при транспортировке. США, Альбукерк, 26 октября 2 ноября 1993 г.).

Эти контейнеры предназначены для перевозки устройств, содержащих ВВ и РВ в сочетании, к которым относятся и ядерные боеприпасы.

Они обеспечивают защиту транспортируемого груза от регламентированных внешних аварийных воздействий и удовлетворяют международным правилам обеспечения безопасности. Используемые в конструкции контейнеров технические решения предполагают, что они выполняются в виде герметичной многослойной оболочки вещества, имеют, как правило, следующие основные элементы: наружный и внутренний герметизирующие слои из пластичного коррозионно-стойкого металла и промежуточного по крайней мере одного слоя пористого термостойкого материала.

К недостаткам прототипа следует отнести следующее. Обеспечение безопасности ядерных боеприпасов путем хранения и перевозки их в контейнерах не является достаточно надежным, поскольку имеющиеся известные контейнеры не взрывостойки, т.е. не имеют силового (не разрушаемого при взрыве) слоя и не предусматривают защиту стенок изнутри от высокоскоростных осколков и, следовательно, конструкция не обеспечивает локализацию внутри своего объема аварийный взрыв ВВ ядерного боеприпаса, защиту от последующего его разрушающего воздействия на термоядерный каскад и остальную часть боеприпасов, а также допускает разлет осколков, аэрозолей и газов радиоактивных веществ атомного заряда в окружающую среду.

Данный способ не решает также вопрос обеспечения безопасности при санкционированном уничтожении ядерного боеприпаса внутри контейнера путем подрыва его в аварийном режиме.

Разрушаемость контейнера при аварийном взрыве устройства осложняет решение задачи обеспечения групповой взрывобезопасности при их близком расположении (например, в складах или на транспортных средствах).

Решаемой технической задачей является разработка способа, обеспечивающего повышение безопасности ядерных боеприпасов при хранении, транспортировке, эксплуатации и санкционированном выводе из рабочего состояния.

Ожидаемый результат значительно уменьшается степень риска при авариях и исключается катастрофическое заражение окружающей среды даже при аварийном взрыве ВВ ядерного боеприпаса. Способ дополнительно позволяет решить проблему обеспечения экологической безопасности ликвидации ядерного заряда при угрозе его диверсионного захвата. Также обеспечивается групповая взрывобезопасность, не требующая дорогостоящих разработок или доработок транспортных средств, складов, хранилищ и т.п.

Задача решается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что ядерный боеприпас, включающий атомный заряд и по крайней мере один термоядерный каскад, помещают в герметичный контейнер, согласно изобретению ядерный боеприпас выводят из состояния эксплуатационной готовности путем отсоединения атомного заряда, содержащего взрывчатые и радиоактивные вещества, от боеприпаса и помещения атомного заряда в автономный взрывостойкий контейнер для раздельного содержания атомного заряда и остальной части ядерного боеприпаса в мирное время вплоть до наступления угрожающего положения, т.е. когда потребуется приведение ядерных боеприпасов в боевую готовность.

Способ предусматривает, что атомный заряд, содержащий взрывчатые и радиоактивные вещества, отсоединяют от остальной части ядерного боеприпаса. Отсоединение позволяет
уменьшить количество РВ, находящихся в непосредственной близости с ВВ;
разместить ВВ с минимальным количеством элементов, образующих осколки, во взрывостойком контейнере с наименьшими габаритами и массой;
повысить безопасность хранения, транспортировки и эксплуатации остальной части атомного боеприпаса, исключив из его состава ВВ и помещая ее в отдельный контейнер.

Помещение атомного заряда в автономный взрывостойкий контейнер, способный в том числе локализовать и внутренний взрыв ВВ атомного заряда, для раздельного содержания атомного заряда и остальной части ядерного боеприпаса позволяет:
резко снизить опасность распыления и практически исключить распространение на значительные территории высокотоксичных РВ при аварийном взрыве ВВ атомного заряда;
исключить ударно-волновое и осколочное воздействие на окружающие объекты, в том числе при совместной транспортировке или хранении на соседние атомные боеприпасы;
осуществлять санкционированное уничтожение атомного заряда безопасно для окружающей среды путем подрыва его ВВ в аварийном режиме при угрозе его захвата противником или террористами.

Размещение отсоединенного атомного заряда во взрывостойком контейнере позволяет минимизировать массу и габариты контейнера, в связи с чем не требуется существенного переоборудования транспортных средств и разработки новых.

На фиг. 1, 2 и 3 показана схема, иллюстрирующая реализацию заявленного способа.

Способ реализуется следующим образом. Атомный боеприпас извлекается из упаковочного контейнера и выводится из состояния эксплуатационной готовности путем отсоединения атомного заряда (1) от остальной части боеприпаса (2). Далее атомный заряд (1) помещается во взрывостойкий контейнер (3), а остальная часть боеприпаса (2) помещается, например, в тот же упаковочный контейнер (4) для их последующего раздельного содержания.

Конструкция ядерного боеприпаса по схеме Теллера Улама позволяет выполнять отделение атомного заряда от остальных элементов ядерного боеприпаса, т. к. эти узлы являются самостоятельными элементами по функциональному назначению и исполнению и поэтому допускают достаточно быстрое разъединение и соединение. Имеется ряд технических решений, позволяющих создать взрывостойкий транспортабельный контейнер. В частности, наиболее приемлемым техническим решением, позволяющим реализовать предложенный способ, является следующее решение.

Контейнер выполняют в виде многослойной сферической оболочки, имеющей по крайней мере одно загрузочное отверстие, закрываемое герметично прочной крышкой. Для обеспечения взрывостойкости при минимальной массе и габаритах силовой слой оболочки корпуса такого контейнера выполняется, например, из волокнистого композитного материала, изнутри подкрепленного и герметизированного слоем пластичной стали. Такое исполнение силовой оболочки, как показывают расчеты и эксперименты, позволяет разработать конструкцию контейнера, способного локализовать энергию взрыва заряда ВВ при отношении массы заряда ВВ (в кг тротилового эквивалента) к массе корпуса до0,03-0,05. Достичь таких удельных параметров прочности при внутреннем взрыве, используя только сталь в качестве основного силового материала оболочки контейнера, не представляется возможным. Т.к. заданное энерговыделение (масса ВВ) при аварийном взрыве ВВ атомного заряда определяет габариты и массу контейнера, а существующие технические решения позволяют ограничить массу ВВ в атомном заряде до 7 18 кг (CHUCK HANSEN"US NUCLEAR WEAPONS TNE SECRET HISTORY", NEW YORK, 1988), то имеется способ выполнять контейнер взрывостойким при транспортабельной массе 1 т и габаритах диаметром 1 м. При увеличении массы ВВ атомного заряда вес контейнера будет пропорционально расти, а диаметр - пропорционально весу ВВ в степени 1/3. Технический подход при разработке подобных защитных конструкций состоит в использовании волокнистых композитных материалов, свободных от сильных масштабных эффектов снижения прочности, поэтому увеличение геометрических размеров контейнера не повлечет резкого снижения его удельной прочности.

Экспериментальным путем установлены толщины слоя из пористого материала (например, на основе керамзита или металлической сетки), способного надежно защитить стенки контейнера от повреждающего воздействия высокоскоростных осколков и других факторов, сопровождающих аварийных взрыв ВВ атомного заряда.

При необходимости противоосколочный слой пористого материала может быть продолжен вплоть до атомного заряда (в зависимости от особенностей его конструкции).

Технические решения, используемые в прототипе для защиты от внешних аварийных или диверсионных воздействий, а именно наружный герметизирующий слой из пластичного коррозионно-стойкого металла и промежуточный слой из пористого термостойкого материала также необходимы в конструкции взрывостойкого контейнера для атомного заряда. Контейнер должен иметь по крайней мере одно соосное отверстие и крышку, соединенную с горловиной внутреннего металлического слоя, резьбовыми элементами с герметизирующими уплотнениями. На фланце горловины также может выполняться дополнительный герметизирующий колпак, повышающий надежность герметизации контейнера. Имеющиеся экспериментальные материалы показывают, что даже в случае террористического поражения контейнера кумулятивным зарядом с инициированием ВВ атомного заряда контейнер не потеряет своей конструктивной целостности, а вышедшая со струей продуктов взрыва в образовавшееся отверстие часть РВ при локальной разгерметизации контейнера составит малую долю от общего количества (< 5%) и загрязнение охватит существенно меньшие площади, чем при взрыве в невзрывостойком контейнере.

Таким образом, предлагаемое изобретение на способ повышения безопасности ядерных боеприпасов при хранении, транспортировке и эксплуатации, вплоть до наступления угрожаемого положения
1) снижает степень риска при авариях и исключает катастрофическое заражение окружающей среды при аварийном взрыве ВВ атомного заряда;
2) позволяет решить проблему ликвидации атомного заряда при угрозе диверсии, захвата или при необходимости его уничтожения или вывода из рабочего состояния по каким-либо иным причинам;
3) обеспечивает групповую взрывобезопасность ядерного оружия и облегчает его эксплуатацию и хранение.

Применение предложенного способа позволяет решить проблему повышения безопасности ядерного оружия, защитить экологическую среду и снизить риск для населения, создаваемый эксплуатацией, транспортировкой и хранением ядерных боеприпасов в мирное время.

Вместе с тем применение данного способа, вплоть до наступления угрожаемого периода, т.е. до момента, когда потребуется эксплуатационная готовность ядерных боеприпасов для приведения их в боевую готовность, не снижает боеготовности вооруженных сил.

Использование: изобретение относится к технике повышения безопасности хранения и эксплуатации ядерного оружия. Преимущественная область его использования - эксплуатация ядерных боеприпасов, содержащих химические взрывчатые, радиоактивные и другие вредные вещества, и защитных контейнеров для них. Сущность изобретения: ядерный боеприпас выводят из состояния эксплуатационной готовности путем отсоединения атомного заряда, содержащего взрывчатые и радиоактивные вещества, от боеприпаса и помещения атомного заряда в автономный взрывостойкий контейнер для раздельного содержания атомного заряда и остальной части ядерного боеприпаса вплоть до наступления угрожаемого положения. 3 ил.

Способ повышения безопасности ядерных боеприпасов, включающих атомный заряд и по крайней мере один термоядерный каскад, заключающийся в помещении боеприпаса в контейнер, отличающийся тем, что ядерный боеприпас выводят из состояния эксплуатационной готовности путем отсоединения атомного заряда, содержащего взрывчатые и радиоактивные вещества, от боеприпаса, и помещения атомного заряда в автономный взрывостойкий контейнер для раздельного содержания атомного заряда и остальной части ядерного боеприпаса.