Симулятор импульсного излучения Авроры
Симулятор импульсного излучения «Аврора» (также известный как симулятор импульсного рентгеновского излучения «Аврора») представлял собой имитатор импульсного гамма-излучения мощностью 14 ТВт, предназначенный для моделирования воздействия импульсов тормозного излучения ядерного оружия , или импульсов гамма-излучения , на военные электронные системы. [1] [2] Он был построен в 1971 году Агентством оборонной атомной поддержки США (DASA), которое со временем стало Агентством по уменьшению оборонной угрозы , и Министерством энергетики США (DOE) . [3]
Симулятор Авроры длиной более 161 фута (49 м) и весом 1450 тонн был на тот момент первым в мире симулятором гамма-излучения такого размера. Это была также одна из четырех больших машин в Соединенных Штатах, которые были построены специально для испытаний полных комплектов ядерного оружия, а остальные три представляли собой симуляторы Hermes I–III на базе Сандиа в Нью-Мексико. Расположенный в лабораториях Гарри Даймонда (которые позже стали частью Армейской исследовательской лаборатории ) в Адельфи, штат Мэриленд, он использовался для испытаний полных пакетов оружейной электроники, от боеголовок межконтинентальных баллистических ракет (МБР) до спутников. После более чем 20 лет использования во время Холодной войны Симулятор Авроры был официально выведен из эксплуатации и разобран в 1996 году. [3]
В 1986 году установка «Аврора» установила мировой рекорд по наибольшему количеству мощной микроволновой энергии, вырабатываемой генератором с виртуальным катодом. В результате в 1987 году ЛПВП был признан Американской ассоциацией оборонной готовности (ADPA) . [4]
История
[ редактировать ]После использования атомной бомбы во Второй мировой войне и ее последующих разработок стало ясно, что большая часть наносимого ею ущерба вызвана мощными короткими (субмикросекундными) импульсами различных видов радиации. То, как именно это работает, зависит, среди прочего, от того, где взорвется бомба: если она находится внутри какого-то материала, под землей или даже в воздухе, основным эффектом является ударная волна от расширяющегося материала бомбы (который сам по себе остается более или менее в место). Однако рентгеновские лучи с энергией от 1 до 10 МэВ, которые меньше всего поглощаются материалами, могут излучаться далеко за пределы непосредственной области взрыва, даже если они постепенно поглощаются материалом, через который проходят. В воздухе они проходят примерно в 1000 раз дальше, чем в воде. Поскольку все рентгеновские лучи движутся со скоростью света, форма их импульсов отражает сам взрыв: гораздо короче микросекунды. Излучение суб-МэВ от ядерного взрыва может быть более важным в (пустом) космосе. Учитывая это понимание, в 1960-е гг. [3] Американские военные начали исследовать, можно ли проверить военные системы на предмет их реакции на импульсное рентгеновское излучение, генерируемое ядерным оружием, с помощью флэш-рентгеновских аппаратов. В то время они были довольно небольшими и в основном использовались для рентгеновских снимков быстродвижущихся объектов, таких как взрывчатые вещества и пули.
После того, как Советский Союз продемонстрировал использование первых в мире противоракетных ракет (ПРО) в 1964 году, в ответ DASA запустило серию проектов, направленных на ускорение развития лабораторий ядерного воздействия в Соединенных Штатах. Американские военные были обеспокоены тем, что размещение и последующий ядерный взрыв советских противоракетных комплексов в воздушном пространстве приведет к радиации, которая может помешать работе электронных систем приближающихся американских межконтинентальных баллистических ракет. Чтобы основательно укрепить ракеты США, в 1969 г. [3] DASA инициировало строительство симулятора «Аврора» как испытательного стенда для испытания гамма-излучения, который мог бы производить импульсы опасного уровня с фотонами от 1 до 10 МэВ («гамма»-излучение относится к рентгеновским лучам (или фотонам), испускаемым ядрами и обычно более энергичным, чем 1 МэВ).
При выборе места для объекта «Аврора» DASA хотела, чтобы имитатор гамма-излучения был расположен в существующей военной лаборатории. После долгих раздумий между Лабораторией вооружения ВВС (AFWL) в Нью-Мексико и лабораториями армии и флота в Вашингтоне, округ Колумбия, DASA выбрало последнее и возложило на Лабораторию Гарри Даймонда (HDL) ответственность за эксплуатацию объекта. Чтобы разместить симулятор Авроры, HDL переехала из своего центра в Вашингтоне, округ Колумбия, на участок земли в Уайт-Оук, штат Мэриленд, который в конечном итоге стал объектом ARL Adelphi. [3]
Сотрудничество между DASA и HDL в проекте «Аврора» привело к тому, что в разработке симулятора приняли участие многие исследователи HDL, в том числе помощник заместителя директора DASA по науке и технологиям Питер Хаас и бывший участник Манхэттенского проекта Пол Колдуэлл, который позже был назначен ответственным. Симулятора Авроры. В свою очередь, Колдуэлл нанял физика Александра Стюарта из компании Ion Physics (IP) и Роберта Лэмба и Денниса Уиттакера из HDL, четверо из которых (включая Колдуэлла) составили основную часть исследовательской группы проекта Аврора. Строительство симулятора «Аврора» было завершено в январе 1971 года и обошлось примерно в 16 миллионов долларов, а первые испытания комплекса управления полетом ПРО «Спартан» были проведены в апреле 1972 года. На протяжении всего периода эксплуатации на HDL, завершившегося в 1995 году, симулятор «Аврора» проводил 287 пронумерованных тестов, в результате которых было сделано более 9100 тестовых выстрелов. [3]
Операция
[ редактировать ]Имитатор импульсного излучения «Аврора» состоял из четырех генераторов Маркса мощностью 14 МВ , каждый из которых содержал четыре параллельных блока по 1,25 МДж, соединенных вместе для управления четырьмя параллельными масляно-диэлектрическими линиями формирования импульсов Блюмляйна (ПФЛ) . Каждый PFL был связан с электронным диодом. [1] [3]
Симулятор Авроры произвел четыре коротких импульса высокоэнергетического тормозного излучения, которые перекрывались, образуя один импульс шириной 120 нс и силой от 20 до 50 крад (Si) в кубе размером 1 метр. Он также может доставлять 25 крад (Si) по цилиндрическому объему диаметром 1 м и длиной 1 м или 50 крад (Si) по сфере диаметром 25 см. Уникальность симулятора «Аврора» заключалась в его способности обеспечивать такую высокую дозу равномерно по всему номинальному объему в кубических метрах, что иногда требовало измерения дозы в 200 точках в рамках одной электронной системы. [2] Однако для получения желаемых уровней излучения все четыре импульса тормозного излучения мощностью 230 кА должны были наложиться в течение 10 нс. [1] [5] Эта синхронизация стала возможной благодаря симметризации четырех Блюмляйнов, которая была достигнута незадолго до закрытия предприятия. Во время активного тестирования Aurora Simulator мог сделать до 13 тестовых снимков за один день. Для сравнения, испытания ядерного оружия на полигоне в Неваде ограничивались одним испытательным выстрелом в три месяца. [3]
В работе Симулятора Авроры было два основных ограничения. Вначале длительное время разряда Блюмейнов иногда позволяло непреднамеренным образованиям дуги в масле сокращать или даже предотвращать импульсы тормозного излучения. В начале 1990-х годов эта проблема была решена путем усовершенствования механизма срабатывания масляного переключателя V/N компании Blumlein. Во-вторых, импеданс Blumleins в 40 Ом делал их неэффективными для управления нагрузками с низким импедансом. [6]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Вайденхаймер, DM; Перейра, Северная Каролина; Джуди, округ Колумбия (июнь 1991 г.). «Улучшение синхронизации Авроры» . Berkeley Research Associates – через Центр технической информации Министерства обороны.
- ^ Jump up to: а б Керрис, Клаус (март 1976 г.). «Система дозиметрии АВРОРА» . Лаборатория Гарри Даймонда . Архивировано из оригинала 2 июня 2018 года – через Центр технической информации Министерства обороны.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Вайце, Карен (2013). «Имитатор импульсного излучения Авроры» (PDF) . Исторический американский инженерный рекорд . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июня 2013 г. - через Internet Archive WayBack Machine.
- ^ История исследовательской лаборатории армии США . п. 88. ИСБН 9780160942310 .
- ^ Меркель, Джордж; Шарф, Уильям; Спон, Дэниел (октябрь 1982 г.). «Использование флэш-рентгеновского аппарата AURORA в качестве имитатора ЭМИ источника-области и средства анализа антенных соединений» . Harry Diamond Labs – через Центр технической информации Министерства обороны.
- ^ Стюарт, Александр; Хаттлин, Джордж (февраль 1979 г.). «Проектирование модификации AURORA, ведущей к созданию имитатора радиации ядерного оружия мощностью 100 Тераватт» . Harry Diamond Labs – через Центр технической информации Министерства обороны.