Пучковое оружие поражает цель с помощью потока релятивистских атомов или субатомных частиц, что приводит к повреждению как за счет прямого нагрева, так и за счет интенсивного воздействия радиации. Оно требует длиннных и громоздких ускорителей, что ограничивает его размещение большими космическими кораблями или стационарными установками. Пучки частиц представляют радиационную опасность для всех живых существ и не радиацонно стойкой электроники в окрестностях точки поражения, а в атмосфере и вблизи пути луча.
Электронное оружие
Электронные пучки чаще всего используются в атмосфере как генераторы ЭМИ и электромагнитных помех. Высокорелятивистские электроны имеют достаточно большой пробег в воздухе, а ионизация, нагрев и частичная вакуумизация канала пучка может значительно его увеличить. Возникающий в пучке ток интенсивно сжимает его, но рассеяние электронов на молекулах воздуха сильно снижает радиус действия оружия. В земной атмосфере на уровне моря он не превышает нескольких сотен метров. На больших высотах или в тонкой атмосфере он существенно расширяется, достигая иногда нескольких километров.
Электронный пучок в воздухе выглядит как геометрически прямая сине-белая молния в окружении синего нимба черенковского излучения от рассеянных электронов первичного пучка. Рассеянные электроны и тормозное рентгеновское излучение создают высокий уровень радиации как вблизи точки попадания, так и в непосредственной близости от трассы луча.
Электронно-лучевое оружие имеет минимальную длину более метра и радиус действия около 200 метров в воздухе на уровне моря на Земле. Более крупные ускорители могут разгонять электроны до более высокой энергии и имеют больший радиус действия. Верхний предел достигает двух километров для ускорителей свыше десяти метров в длину.
Электронные ускорители, как правило, длинные линейные структуры. Но электронные пучки легко управляются с помощью магнитов и это позволяет быстро перенаправлять луч без поворота всего ускорителя.
В космическом вакууме высоко заряженные электроны отталкиваются друг от друга и пучок быстро теряет фокус. Кроме того, электроны отклоняются планетарным магнитным полем и магнитными полями в солнечном ветре, в результате чего их траектории становятся беспорядочными.
Протонные орудия
Протонные орудия обычно используются в вакууме. Предварительно протоны ускоряются до ультрареляитивистских скоростей. Как только луч выходит из ускорителя, он нейтрализуется путем введения электронного пучка, чтобы устранить куловновское рассеивание. Это позволяет избежать дефокусировки пучка в результате отталкивания и нейтрализует влияние внешних магнитных полей.
Рассеивание нейтрализованного протонного пучка определяется тепловой скоростью протонов. Нейтрализация неизбежно нагревает пучок за счет энергии рекомбинации с электронами и после выхода из ускорителя они начинают отдаляться друг от друга со скоростью в 15 км/с. Чем выше энергия протонов, тем больше время рассеивания пучка.
Ускорители протонов как правило кольцевые, от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров в диаметре. Даже самые крупные ускорители протонов не дают им достаточно энергии, чтобы соперничать в дальнобойности с рентгеновскими лазерами и, следовательно, рентгеновские лазеры доминируют в нише дальнобойного энергетического оружия. Протонные орудия, как правило, используют в боях на планетарных орбитах, а также для ударов по планетарной поверхности.
Как и пучками электронов, пучками протонов можно управлять с помощью магнитов до нейтрализации. Кроме того, луч может выходить из нескольких портов по периметру ускорительного кольца, позволяя быстро перенацеливать оружие.
Лучи релятивистских протонов обладают чрезвычайной проникающей способностью. Как правило, они проходят через метр или около того твердого или жидкого вещества, прежде чем создают ливень мюонов, которые сами по себе могут проникнуть сквозь много метров твердого или жидкого вещества. Это каскадное излучение создает чрезвычайно высокий уровень радиации, который уничтожает все формы биологической жизни и даже незащищенную электронику.
Единственной защитой против протонных орудий являются толстые слои радиационно инертных материалов или радиационно стойкие системы управления. К счастью, защита, эффективная против протонов, более эффективна против любого другого оружия.
В атмосфере протонные пучки теряют энергию на ионизацию и непосредственные столкновения с ядрами атомов воздуха, что ограничивает радиус их действия до нескольких сотен метров в земной атмосфере. Это сопоставимо с радиусом действия в воздухе электронных пучков, но ускоритель электронов значительно более компактен.
Эффективные ускорители плазмы позволяют создать значительно более компактные ускорители протонного и электронного пучка. Различные средства для охлаждения протонного пучка после нейтрализации позволяют значительно увеличить радиус его действия. Поскольку кильватерные плазменные ускорители неэффективны и плохо коллимированы, для снижения рассеивания нейтрализованных пучков протонов используют лазерное охлаждение.
Экзотическое оружие частиц
Пучки ускоренных нейтронов способны проходить через несколько десятков сантиметров твердого вещества с небольшими потерями, но быстро поглощаются любым материалом, содержащим водород (в том числе водой, воском, маслом и биологическими тканями) интенсивно нагревая его. Нейтронные пучки также создают остаточную радиоактивность, если встречаются с ядрами тяжелых элементов.
Эффективность нейтронного пучка незначительно превосходит протонный, радиус действия в воздухе и проникающая способность примерно та же. Однако поскольку нейтроны являются нейтральными частицами, ускорение их невозможно.
Мюонные пучки могут пробить километры воздуха, что дает им очень большой радиус действия в атмосфере. Однако, поскольку мюоны нестабильные частицы, они полностью распадаются пролетев несколько десятков километров в любой среде, что делает их применение в космических боях невозможным.
Современная технология может создать неколлимированные пучки нейтронов и мюоонов с низкой интенсивностью. Обычно такие пучки используют для исследований, но нет никакого известного метода по производству высококонцентрированного, коллимированного, эффективного пучка, пригодного для использования в качестве оружия.
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 с работ по созданию морской боевой станции 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 около 1 ГэВ и силой тока в несколько тысяч ампер, распространяясь через атмосферный канал, может поразить ракету на расстояний 1–5 км. При энергии «выстрела» 1-10 МДж ракета получит механические повреждения, при энергии около 0,1 МДж может произойти подрыв боезаряда, а при энергии 0,01 МДж может быть повреждена электронная аппаратура ракеты.
Однако практическое создание пучкового оружия космического базирования наталкивается на ряд нерешенных даже на теоретическом уровне проблем, связанных с большой расходимостью пучка из-за кулоновских сил отталкивания и с существующими в космосе сильными магнитными полями. Искривление траекторий заряженных частиц в этих полях делает их использование в системах пучкового оружия вообще невозможным. При ведении морского боя это незаметно, но на расстояниях в тысячи километров оба 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 далее расплавить ядерную «начинку» боеголовки.
В ускорителях, разрабатываемых в Лос-Аламосской лаборатории США специально для космических противоракетных систем, используются отрицательные ионы водорода и трития, которые разгоняются с помощью электромагнитных полей до скоростей, близких к скорости света, а затем «нейтрализуются» за счет пропускания через тонкий слой газа. Такой пучок нейтральных атомов водорода или трития, проникая глубоко в ракету или спутник, нагревает металл и выводит из строя электронные системы. Но такие же газовые облака, созданные вокруг ракеты или спутника, могут в свою очередь превратить нейтральный пучок атомов в пучок заряженных частиц, защита от которого не представляет трудностей. Использование для ускорения МБР так называемых мощных «быстрогорящих» ускорителей (бустеров), сокращающих фазу ускорения, и выбор настильных траекторий полета ракет делает саму идею использования пучков частиц в системах ПРО весьма проблематичной.
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, способен разрушать молекулярную структуру организма человека, инициировать рентгеновское излучение.
Поражение различных объектов и человека определяется радиационным (ионизирующим) и термомеханическим воздействием. Пучковые средства могут разрушать оболочки корпусов летательных аппаратов, поражать баллистические ракеты и космические объекты путем вывода из строя бортового электронного оборудования. Предполагается, что с помощью мощного потока электронов можно осуществлять подрыв боеприпасов со взрывчатым веществом, расплавлять ядерные заряды головных частей боеприпасов.
Для придания высоких энергий электронам, генерируемым ускорителем, создаются мощные электрические источники, а для повышения их «дальнобойности» предполагается наносить не одиночные, а групповые удары по 10–20 импульсов в каждом. Начальные импульсы будут как бы пробивать в воздухе тоннель, по которому последующие достигнут цели. Весьма перспективными частицами для пучкового оружия считаются нейтральные атомы водорода, так как пучки его частиц не будут искривляться в геомагнитном поле и отталкиваться внутри самого пучка, не увеличивая тем самым угол расходимости.
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 могут быть живая сила, электронное оборудование, различные системы вооружения и военной техники.
Работы по ускорительному оружию на пучках заряженных частиц (электронов) ведутся в интересах создания комплексов ПВО кораблей, а также для мобильных тактических сухопутных установок.
Установки пучкового оружия имеют большие массово-габаритные характеристики, они могут быть размещены стационарно или на специальной подвижной технике большой грузоподъемности.
Западные специалисты в своих планах переоснащения вооруженных сил с целью повышения их мощи, мобильности и расширения боевых возможностей немаловажное значение придают созданию средств вооруженной борьбы на базе электродинамических ускорителей массы или электрических пушек, основной особенностью которых является достижение гиперзвуковых скоростей поражения, в том числе, без применения специальных боевых частей. Ожидаемое улучшение тактико-технических характеристик выразится в увеличении дальности огня и опережении противника в дуэльных ситуациях, а также в повышении вероятности и точности попадания при стрельбе неуправляемыми и управляемыми гиперскоростными боеприпасами, которые должны уничтожать цель прямым попаданием. Кроме того, системы гиперскоростного кинетического оружия, по сравнению с обычными аналогами, позволяют сократить численность экипажа или боевого расчета (например, для танкового экипажа – вдвое).
Акустическое (инфразвуковое) оружие.
Акустическое (инфразвуковое) оружие основано на использовании направленного излучения инфразвуковых колебаний с частотой несколько герц (Гц), которые могут оказать сильное воздействие на человеческий организм. Следует учитывать способность инфразвуковых колебаний проникать через бетонные и металлические преграды, что повышает интерес военных специалистов к этому оружию. Дальность его действия определяется излучаемой мощностью, значением несущей частоты, шириной диаграммы направленности и условиями распространения акустических колебаний в реальной среде.
При рассмотрении проблемы создания и поражающего действия акустического оружия следует учитывать, что оно охватывает три характерных диапазона частот: инфразвуковую область – ниже 20 Гц, слышимую – от 20 Гц до 20 кГц, ультразвуковую – свыше 20 кГц. Такая градация определяется особенностями воздействия звука на организм человека. Установлено, что пороги слышимости, уровни боли и другие негативные воздействия на организм человека увеличиваются с уменьшением частоты звука. Инфразвуковые колебания способны вызвать у людей состояние тревоги и даже ужаса. По утверждению ученых, при значительной мощности излучения может произойти резкое нарушение функций отдельных органов человека, поражение его сердечно-сосудистой системы и даже наступить летальный исход.
По данным исследований, проводившихся в некоторых странах, инфразвуковые колебания могут воздействовать на центральную нервную систему и пищеварительные органы, вызывая паралич, рвоту и спазмы, приводить к общему недомоганию и болевым ощущениям во внутренних органах, а при более высоких уровнях на частотах в единицы герц – к головокружению, тошноте, потере сознания, а иногда к слепоте и даже смерти. Инфразвуковое оружие может вызывать у людей паническое состояние, потерю контроля над собой и непреодолимое желание укрыться от источника поражения. Определенные частоты могут воздействовать на среднее ухо, вызывая вибрации, которые становятся причиной ощущений сродни тем, какие бывают при укачивании, морской болезни. Подбором определенной частоты излучения можно, например, спровоцировать массовые инфаркты миокарда у личного состава войск и населения противника.
По сообщениям печати, в США завершается работа по созданию инфразвукового оружия. Преобразование электрической энергии в звуковую энергию низкой частоты происходит при помощи пьезоэлектрических кристаллов, форма которых изменяется под воздействием электрического тока. Опытные образцы инфразвукового оружия уже применялись в Югославии. Так называемая «акустическая бомба» производила звуковые колебания очень низкой частоты.
В США ведутся исследования по созданию инфразвуковых систем на основе использования больших громкоговорителей и мощных усилителей звука. В Великобритании разработаны излучатели инфразвука, которые оказывают воздействие не только на слуховой аппарат человека, но и способны вызывать резонанс внутренних органов, нарушать работу сердца, вплоть до смертельного исхода. Для поражения людей, находящихся в бункерах, убежищах и в боевых машинах, испытываются акустические «пули» очень низких частот, образующиеся при наложении ультразвуковых колебаний, излучаемых большими антеннами.
Электромагнитное оружие.
Воздействие электромагнитного оружия на человека и на различные объекты основано на использовании мощного электромагнитного импульса (ЭМИ). Перспективы развития этого оружия связаны с широким распространением в мире электронной техники, которая решает весьма ответственные задачи, в том числе в сфере безопасности. Впервые об электромагнитном излучении, способном наносить поражение различным техническим устройствам, стало известно в ходе испытаний ядерного оружия, когда было обнаружено это новое физическое явление. Вскоре стало известно, что ЭМИ образуется не только в ходе ядерного взрыва. Уже в 50-х годах XX века в России был предложен принцип устройства неядерной «электромагнитной бомбы», где в результате сжатия магнитного поля соленоида взрывом химического взрывчатого вещества образуется мощный ЭМИ.
В настоящее время, когда войска и инфраструктура многих государств до предела насыщены электроникой, внимание к средствам ее поражения стало весьма актуальным. Хотя электромагнитное оружие характеризуется как несмертельное, специалисты относят его к категории стратегического, которое может быть использовано для выведения из строя объектов системы государственного и военного управления. Разработаны термоядерные боеприпасы с повышенным выходом ЭМИ, которые будут применяться в случае ядерной войны.
Это подтверждает опыт войны в зоне Персидского залива в 1991 году, когда США использовали крылатые ракеты «Томагавк» с боеголовками для подавления ЭМИ радиоэлектронных средств противника, особенно РЛС системы ПВО. В самом начале войны с Ираком в 2003 году взрывом одной ЭМИ-бомбы была выведена из строя вся электронная система телецентра в Багдаде. Исследования воздействия ЭМИ-излучений на человеческий организм показали, что даже при его слабой интенсивности в организме возникают различные нарушения и изменения, особенно в сердечно-сосудистой системе.
В последние годы достигнуты серьезные успехи в разработке стационарных исследовательских генераторов, создающих высокие значения напряженности магнитного поля и максимального тока. Подобные генераторы могут послужить прообразом электромагнитной пушки, дальность действия которой может достигать сотен метров и более. Существующий уже в настоящее время уровень технологий позволяет ряду стран принимать на вооружение различные модификации ЭМИ - боеприпасов, которые могут быть с успехом использованы в ходе ведения боевых действий.
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?
Мощный пучок заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) или пучок нейтральных атомов также может быть использован в качестве оружия. Исследования по пучковому оружию начались с работ по созданию морской боевой станции 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 около 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 около 0,Д МДж может произойти подрыв боезаряда, а при энергии 0,01 МДж может быть повреждена электронная аппаратура ракеты.
Однако практическое создание пучкового оружия космического базирования наталкивается на ряд нерешенных (даже на теоретическом уровне) проблем, связанных с большой расходимостью пучка из-за кулоновских сил отталкивания и с существующими в космосе сильными магнитными полями. Искривление траекторий заряженных частиц в этих полях делает их использование в системах пучкового оружия вообще невозможным. При ведении морского боя это незаметно, но на расстояниях в тысячи километров оба 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 (52, 203).
В ускорителях, разрабатываемых в Лос-Аламосской лаборатории США специально для космических противоракетных систем, используются отрицательные ионы водорода и трития, которые разгоняются с помощью электромагнитных полей до скоростей, близких к скорости света, а затем «нейтрализуются» за счет пропускания через тонкий слой газа. Такой пучок нейтральных атомов водорода или трития, проникая глубоко в ракету или спутник, нагревает металл и выводит из строя электронные системы. Но такие же газовые облака, созданные вокруг ракеты или спутника, могут в свою очередь превратить нейтральный пучок атомов в пучок заряженных частиц, защита от которого не представляет трудностей. Использование для ускорения МБР так называемых мощных «быстрогорящих» ускорителей (бустеров), сокращающих фазу ускорения, и выбор настильных траекторий полета ракет делает саму идею использования пучков частиц в системах ПРО весьма проблематичной.
Поскольку в основе своей пучковое оружие связано с электромагнитными ускорителями и концентраторами электрической энергии, можно предположить, что недавнее открытие высокотемпературных сверхпроводников ускорит разработку и улучшит характеристики этого оружия (52, с.204).
Такую же опасность для организма человека представляют акустические излучатели (излучатели механических колебаний: инфразвуковые, ультразвуковые).
Под излучателем понимается техническое устройство преобразующее один вид энергии в определенный вид излучения.
Звук - это распространяющиеся в упругих средах - газах, жидкостях и твёрдых телах - механические колебания. С физической точки зрения звук - это чередующиеся сжатия и разрежение среды, распространяющиеся во все стороны. Чередующиеся сжатия и разрежения в воздухе называют звуковми волнами (51, с.13 - 15).
При достижении звуковой волной какой-либо точки. пространства частицы вещества, до того не совершавшие упорядоченных движений, начинают колебаться. Любое движущееся тело, в том числе и колеблющееся, способно. совершать работу, то есть оно обладает энергией. Следовательно, распространение звуковой волны сопровождается распространением энергии.
Органы слуха человека способны воспринимать звуки с частотой от 15--20 колебаний в секунду до 16--20 тысяч. Соответственно этому механические колебания с указанными частотами называются звуковыми, или акустическими (51, с. 16).
Основные физические характеристики любого колебательного движения--период и амплитуда колебания, а применительно к звуку -- частота и интенсивность колебаний.
Периодом колебания называется время, в течение которого совершается одно полное колебание, когда, например, качающийся маятник из крайнего левого положения переместится в крайнее правое и вернется в исходное положение.
Частота колебаний -- это число полных колебаний (периодов) за одну секунду. Эту величину в Международной системе единиц называют герц (Гц). Частота -- одна из основных характеристик, по которой мы различаем звуки. Чем больше частота колебаний, тем более высокий" звук мы слышим, то есть звук имеет более высокий тон.
Нам, людям, доступны звуки, ограниченные следующими частотными пределами: не ниже 15--20 герц и не выше 16--20 тысяч герц. Ниже этого предела находится инфразвук (меньше 15 герц), а выше -- ультразвук и гиперзвук, то есть 1,5-10 4--10 9 герц и 10 9--10 13 герц соответственно.
Ухо человека наиболее чувствительно к звукам с частотой от 2000 до 5000 герц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15--20 лет. Затем слух ухудшается. У человека до 40 лет наибольшая чувствительность находится в области 3000 герц, от 40 до 60 лет -- 2000 герц, а старше 60 лет -- 1000 герц. В пределах до 500 герц человек различает повышение или понижение частоты всего лишь на один герц. На более высоких частотах люди менее восприимчивы к такому незначительному изменению частоты. Так, например, при частоте более 2000 герц человеческое ухо способно отличить один звук от другого только тогда, когда разница в частоте будет не меньше 5 герц. При меньшей разнице звуки будут восприниматься как одинаковые. Однако правил без исключений не бывает. Есть люди, обладающие необычайно тонким слухом. Например, одаренный музыкант может отреагировать на изменение даже на какую-то долю одного колебания (51, 21-22).
С периодом и частотой связано понятие о длине волны. Длиной звуковой волны называется расстояние между двумя последовательными сгущениями или разрежениями среды. На примере волн, распространяющихся на поверхности воды,-- это расстояние между двумя гребнями (или впадинами).
Вторая основная характеристика - амплитуда колебаний. Это наибольшее отклонение от положений равновесия при гармонических колебаниях, На примере с маятником амплитуда -- .максимальное отклонение его от положения равновесия в крайнее правое или левое положение. Амплитуда колебаний, так же как и частота, определяет интенсивность (силу) звука. При распространении звуковых волн отдельные частицы упругой среды последовательно смещаются. Это смещение передается от частицы к частице с некоторым запозданием, величина которого зависит от инерционных свойств среды. Передача смещений от частицы к частице сопровождается изменением расстояния между этими частицами, в результате чего происходит изменение давления в каждой точке среды. Акустическая волна несет в направлении своего движения определенную энергию. Благодаря этому мы слышим звук, создаваемый источником, находящимся на определенном расстоянии от нас. Чем больше акустической энергии достигает уха человека, тем громче слышится звук. Сила звука, или ее интенсивность, определяется количеством акустической энергии, протекающей за одну секунду через площадку в один квадратный сантиметр. Следовательно, интенсивность акустических волн зависит от величины акустического давления, создаваемого источником звука в среде, которое, в свою очередь, определяется величиной смещения частиц среды, вызываемого источником. В воде, например, даже очень небольшие смещения создают большую интенсивность звуковых волн (51, с. 22-23).
Наблюдения за состоянием здоровья рабочих шумных цехов показали, что под действием шума нарушается динамика центральной нервной системы и функций вегетативной нервной системы. Проще говоря, шум может повышать давление крови, учащать или замедлять пульс, понижать кислотность желудочного сока, кровообращение мозга, ослаблять память, снижать остроту слуха. У рабочих шумных производств отмечается более высокий процент заболеваний нервной и сосудистой систем, желудочно-кишечного тракта.
Одна из причин отрицательного воздействия шумов в том, что, когда мы сосредоточиваемся, чтобы лучше слышать, наш слуховой аппарат работает с большой перегрузкой. Одноразовая перегрузка не страшна, но когда мы перенапрягаемся изо дня в день, из года в год, бесследно это не проходит (51, с26).
Медики настойчиво продолжают исследовать влияние шума на здоровье человека. Они, например, установили, что при повышении шума увеличивается выделение адреналина. Адреналин в свою очередь влияет на работу сердца и, в частности, способствует выделению свободных жирных кислот в кровь. Для этого достаточно человеку кратковременно находиться под воздействием шума интенсивностью 60--70 децибел. Шум более 90 децибел способствует более активному выделению кортизона. А это в определенной степени ослабляет способность печени бороться с вредными для организма веществами, в том числе и с теми, которые способствуют возникновению рака.
Оказалось, что шум вреден также и для зрения человека. К такому выводу пришла группа болгарских врачей, исследовавших эту проблему (51, с.27).
По своей физической природе слышимый звук и ультразвук ничем друг от друга не отличаются. Да, собственно, и нет резкого перехода от слышимого звука к ультразвуку: тут граница колеблется в пределах «от» и «до» и зависит от возможностей слухового аппарата людей. Для одних ультразвук начинается с порога 10 килогерц, для других этот порог поднимается до 20 килогерц. А некоторые люди и на 40-- 50 килогерц могут реагировать. Правда, на слух они такие звуки воспринимать уже не могут, но замечено, что у них, если они находятся вблизи источника ультразвука, обостряется зрение.
Стало быть, нижний предел, перейдя который звук становится ультразвуком, зависит от порога слышимости людей, а поскольку он не у всех одинаковый, специалистам ничего не оставалось, как согласиться на какие-то «средние» величины. Обычно это 16--20 килогерц (51, с.40).
В зависимости от длины волны и частоты ультразвук обладает специфическими особенностями излучения, приема, распространения и применения, поэтому область ультразвуковых частот удобно подразделить на три подобласти: низкие ультразвуковые частоты (1,5-104 -- 105 герц), средние (105--107 герц) и высокие (107 -- 109 герц).
Ультразвуковые волны применяются как в научных исследованиях при изучении строения и свойств вещества, так и для решения самых разнообразных технических задач (51, с.40).
Ультразвук отличается от обычных звуков тем, что обладает значительно более короткими длинами волн, которые легче фокусировать и соответственно получать более узкое и направленное излучение, то есть сосредоточивать всю энергию ультразвука в нужном направлении и концентрировать ее в небольшом объеме. Многие свойства ультразвуковых лучей аналогичны свойствам световых лучей. Но ультразвуковые лучи могут распространяться и в таких средах, которые для световых лучей непрозрачны. Это позволяет использовать ультразвуковые лучи для исследования оптически непрозрачных тел (51, с.41).
Мощность ультразвука в отличие от слышимых звуков может быть достаточно большой. От искусственных источников она может достигать десятков, сотен ватт или даже нескольких киловатт, а интенсивность--десятком и сотен ватт на квадратный сантиметр. Следовательно, с ультразвуком внутрь материальной среды поступает очень большая энергия механических колебании. Возникает так называемое звуковое давление колебательного характера. Его величина непосредственно связана с интенсивностью звука (51, с.42).
Современные методы получения ультразвука основываются на использовании пьезоэлектрического и магнитострикционного эффектов.
В 1880 году французские ученые братья Жак и Пьер Кюри открыли пьезоэлектрический эффект. Сущность его заключается в том, что если деформировать пластинку кварца, то на ее гранях появляются противоположные по знаку электрические заряды. Следовательно, пьезоэлектричество-- это электричество, возникающее в результате механического воздействия на вещество («пьозо» по-гречески означает «давить») (51, с.63).
Несколько упрощая, можно сказать, что пьезоэлектрический преобразователь представляет собой один или несколько соединенных определенным образом отдельных пьезоэлементов с плоской или сферической поверхностью, приклеенных на общую металлическую пластину (51, с67). Для получения большой интенсивности излучения применяют фокусирующие пьезоэлектрические преобразователи, или концентраторы, которые могут иметь самые различные формы (полусферы, части полых сфер, полые цилиндры, части полых цилиндров). Такие преобразователи используют для получения мощных ультразвуковых колебаний на высоких частотах. При этом интенсивности излучения в центре фокального пятна у сферически:; преобразователей в 100--150 раз превышает среднюю интенсивность на излучающей поверхности преобразо- вателя (51, с.68).