Появление ядерного оружия, его дальнейшее совершенствование как в части самих боеприпасов, так и в сфере средств доставки, привело современное мировое сообщество на грань межгосударственного ядерного противостояния. В военных доктринах ряда государств, например, США, прямо указывается на возможность применения ядерного оружия в «ограниченной ядерной войне». Эта угроза становится еще более реальной с появлением нового вида ядерного оружия – гамма-бомбы (или «чистой бомбы»). Ее отличительная характеристика – поражение живой силы противника при неактивации местности, на которой оно используется. Поэтому создание адекватных средств защиты остается актуальным, несмотря на снижение вероятности возникновения глобальных войн.

Основными поражающими факторами ядерного оружия и любых других источников ионизирующих излучений являются проникающая радиация мгновенного гамма-нейтронного излучения и гамма-излучения, возникающего в результате радиоактивного заражения местности. СССР одним из первых в мире начал разработку противоатомной защиты военнослужащих и сухопутной военной техники. Уже в конце 1950-х гг. в НИИ Стали было сформировано специальное подразделение для исследования перспективных направлений в области защиты, в том числе и противорадиационной.

Моделирующая установка с нейтронным генератором в ОАО «НИИ Стали» позволяет проводить исследования защитных характеристик материалов.

Принцип суперпозиции.

Схема проведения эксперимента на открытой местности.

НИИ Стали начал широкий поиск и разработку эффективных материалов для противорадиационной защиты. Исследования проводились совместно с институтами и предприятиями Минхимпрома и АН СССР в рамках НИР и ОКР.

Учитывая критерий «стоимость-эффективность», из широкого спектра противорадиационных материалов были выбраны образцы с большими концентрациями ядер водорода. Мелкодисперсные порошки бора, свинца, вольфрама и других компонентов вводились в полимерную матрицу из полиэтилена, полиизобутилена, полиэтиленимина и пр. Предварительный состав материала был получен посредством оптимизационных расчетных исследований. Из полученного композита изготавливались элементы противорадиационной защиты. Далее эти элементы проходили экспериментальную проверку на специальных моделирующих установках, которые включали в себя источники гамма и нейтронного излучения и системы детектирования. Применялись источники излучения с разными спектральными характеристиками – от изотопных до экспериментального ядерного реактора и нейтронного генератора. Исследования проводились как в экспериментальном зале отдела противорадиационной защиты НИИ Стали, так и на специальных площадках других организаций.

В рамках второго направления исследований специалисты разрабатывали расчетные методы и методики измерений защитных характеристик как создаваемых материалов, так и самих танков. Эти работы требовали колоссальных расчетов, поэтому институту специально выделили самые мощные на тот период ЭВМ. Для выполнения расчетных задач в НИИ Стали установили импортную графическую станцию НР-9000. В Советском Союзе в конце 1970-х гг. были всего две-три такие станции.

В основу расчетных исследований был положен принцип суперпозиции, в соответствии с которым доза D в каждой расчетной биоточке определялась как совокупность доз излучения, проходящего через i-тый элемент конструкции машины (D) и попадающего в расчетную точку.

Уровень защиты численно определялся величиной кратности ослабления дозы К, представляющей собой отношение доз на открытой местности (Do ) и в машине (Dм), т.е. К= Do/ Dм.

Величина дозы, приходящей в расчетную точку от рассматриваемого i-того элемента защиты, определялась интегрированием излучения по внутренней поверхности элемента защиты, обращенной к расчетной точке.

С целью расчета противорадиационных характеристик плоских элементов был разработан комплекс программ РОЗПРИЗ-ОБРАЗ решения интегро-дифференциального уравнения переноса нейтронов и гамма-излучения в одномерной геометрии и многогрупповом приближении по энергии с использованием оцененных ядерно-физических данных элементов, применяемых в защитных материалах. По этой программе расчетным путем оценивались противорадиационные характеристики плоских гетерогенных преград, а также проводились оптимизационные исследования различных материалов.

Используя полученные данные, специалисты НИИ Стали начали работы по созданию конструкции защиты. В этом направлении совместно с конструкторами заводов, выпускающих объекты БД разрабатывались конкретные системы для противорадиационной защиты и привязка их к боевым машинам – танкам, БМП, инженерной технике.

Уже через год был создан высокоэффективный противорадиационный материал ПОВ на основе смеси полиэтилена и полиизобутилена с добавками соединений бора и свинца. Из него изготовили детали защиты и оборудовали этой защитой несколько танков Т-55А. Комплект деталей состоял из пластин различной толщины и конфигурации, которые крепились на броню как внутри (подбой), так и снаружи (надбой). Это была первая в мире противоатомная защита для танков.

В связи с тем что стоимость борных соединений, используемых в этих материалах, была весьма высока и существенно повышала стоимость противорадиационных материалов, разработали специальные слоистые материалы, в которых борное вещество располагалось в тонкой прослойке, что обеспечивало его наиболее рациональное использование. Это позволило уменьшить расход бора приблизительно вдвое и во столько же раз снизить стоимость материала при сохранении его защитных характеристик. Такие материалы установили на серийных танках Т-72Б и Т-80. Дальнейшие работы были направлены на совершенствование программного обеспечения расчетов, поиски новых композиционных материалов, обладающих комплексом свойств, например – как противорадиационными, так и противоснарядными.

Танк Т-55А с ПРЗ (фото из архива М. Павлова).

Элемент ПРЗ танка Т-72 (подбой).

Элементы ПРЗ (надбой) на башнях танков Т-55 и Т-72Б (фото из архивов С. Поддубного и С. Суворова).

Испытания на полигонах войсковых частей проводились в условиях, имитирующих условия облучения при ядерном взрыве. Для этого источник излучения помещался на специальную вышку, а танк – на вращающуюся платформу. Замеры проникающего излучения проводились в различных так называемых «критических точках» и затем сравнивались с расчетами.

Достоверность расчетных и экспериментальных данных, полученных в модельных условиях, вызывала у военных сомнения, поскольку не было данных, полученных в условиях реальных испытаний. Провести их оказалось невозможно, так как на испытания ядерного оружия в то время был наложен мораторий. Однако в связи с Карибским кризисом мораторий отменили. Вскоре Правительство СССР приняло решение возобновить испытания ядерного оружия в воздушной среде на полигоне под Семипалатинском. Получил разрешение на испытание своей защиты и НИИ Стали.