Способ определения мощности ядерного взрыва

Изобретение относится к области построения и функционирования измерительно-информационных систем обнаружения и засечки ядерных взрывов. Обнаружение ядерных взрывов необходимо для наблюдения за испытаниями ядерного оружия за рубежом и контроля соблюдения договоров о запрещении ядерных испытаний.

В настоящее время определение основных параметров ядерного взрыва осуществляется по данным радиотехнического метода, сейсмического метода и светотехнического метода. Сложность определения мощности ядерного взрыва по данным радиотехнического метода заключается в том, что характеристики электромагнитного излучения в эпицентре (наиболее полно отражающие энергетику источника) существенно отличаются от тех, которые регистрируются в точке обнаружения. Эмпирические же данные, полученные в ходе проведения испытаний ядерного оружия, систематизированы для некоторого расстояния от эпицентра. Следовательно, в лабораториях специального контроля и вычислительных центрах необходимо использовать методики пересчета параметров, зарегистрированных электромагнитных импульсов на этом расстоянии с последующим определением параметров взрыва. В системах сейсмического контроля процесс определения мощности ядерного взрыва проводится в три этапа: расчет магнитуды по сейсмическому сигналу, внесение поправок для учета различий в геологическом строении каждого испытательного полигона, преобразование магнитуды в оценку мощности.

Для определения мощности ядерного взрыва светотехническим методом могут быть использованы следующие три способа [1].

1. Способ, основанный на измерении радиуса светящейся области r(t) в фиксированные относительно начала ядерного взрыва моменты времени или на измерении скорости развития светящейся области Способ характеризуется высокой точностью (σ_q≤0,07q), применяется при полигонных испытаниях. В станциях засечки применения не нашел, поскольку необходимо фотографировать светящуюся область через малые промежутки времени.

2. Способ определения мощности ядерного взрыва по размерам изображения светящейся области на дневной (аристотипной) фотобумаге.

3. Способы, основаны на измерении информативных параметров оптического сигнала ядерного взрыва. При этом к информативным параметрам оптического сигнала относят: t_КНФ - время конца начальной фазы развития световой области; t_К1Ф - время конца первой фазы развития световой области; t_2max - время наступления второго максимума оптического сигнала ядерного взрыва. На измерении t_КНФ основан способ «первого максимума». На измерении t_К1Ф основан способ минимума, а на измерении t_2max - способ «второго максимума».

Способы, описанные в [1], используют один канал измерения, дифференцирование формы полученных сигналов как функции времени и координат не осуществляют.

В [2] разработан метод и устройство, которые обеспечивают за одно измерение определение мощности и направления на центр ядерного взрыва по его световому излучению. Метод основан на автоматическом определении длительности первой фазы светового излучения ядерного взрыва и сигналов, порожденных импульсами излучения, от двух плоских кремниевых фотодиодов, размещенных под углом друг к другу. Указанный способ [2] использует один канал измерения, дифференцирование формы сигнала не осуществляет.

Наиболее близким по сущности к заявляемому способу является способ, который реализуют в устройстве регистрации импульсного ионизирующего и импульсного оптического излучения с передачей сигнала по ВОЛС [3]. Устройство прототипа регистрирует импульсное ионизирующее и импульсное оптическое излучение микро-, наносекундного временных диапазонов, передает полученный сигнал по волоконно-оптическим линиям связи с использованием внешней модуляции излучения к устройству обработки информации и осуществляет точное восстановление формы регистрируемого импульсного ионизирующего или импульсного оптического излучения по оптическому аналогу. Устройство [3] содержит: лазерный модуль (источник оптического излучения); электрооптический модулятор интенсивности по схеме интерферометра Маха-Цандера; приемник оптического излучения (например, фотодиод или хронографический электронно-оптический регистратор (ЭОР)); источник питания для подачи постоянного напряжения на электроды сдвига модулятора; электроды сдвига модулятора; электрический сигнальный вход модулятора; оцифровщик (например, осциллограф, если в качестве приемника оптического излучения используется фотодиод, или ПЗС-регистратор, если в качестве приемника оптического излучения используется хронографический ЭОР); фотоэлемент (например, фотоэлектронный умножитель сцинтилляционного детектора ионизирующего излучения или полупроводниковый чувствительный элемент); источник калибровочного оптического сигнала, электрический аналог калибровочного оптического сигнала; электрический аналог регистрируемого информационного сигнала; изменение оптического сигнала на выходе модулятора, вызванное калибровочным электрическим сигналом, изменение оптического сигнала на выходе модулятора, вызванное приходом информационного электрического сигнала; входное одномодовое волокно; выходное одномодовое волокно; регистрируемый информационный сигнал (например, импульсное ионизирующее излучение или импульсное оптическое излучение); калибровочный оптический сигнал.

Таким образом, прототип содержит два независимых канала измерения: каналы ионизирующего и оптического излучения, но способ определения параметров ядерного взрыва в силу состава используемых для его реализации технических средств не осуществляет определение его мощности. Также способ прототипа не использует дифференцирование формы полученных сигналов, что снижает его точность и достоверность.

Задачей предлагаемого способа является повышение точности и достоверности определения параметров ядерного взрыва, в том числе, его мощности. Задачу решают путем измерения формы сигнала как в оптическом диапазоне (ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном) длин волн, так и в диапазоне ионизирующего излучения (рентгеновского, гамма-излучения), затем формы сигналов как функции времени дифференцируют аппаратно или программно. Известно, что использование производных от функций, имеющих достаточно монотонный вид для повышения точности определения связи значения измеряемой величины со значением аргумента оказалось высоко эффективным способом при исследовании спектров первоначально твердых тел [4], а в последствии широко применяют при спектральном анализе различных физических процессов. Мощность ядерного взрыва по заявляемому способу однозначно и с высокой точностью определяют по величине смещения точки пересечения графиков производных от функций сигналов ионизирующего и оптического излучения. На фиг. 1 представлены зависимости интенсивности гамма и светового импульса ядерного взрыва (100 кт в тротиловом эквиваленте) от времени, а также их производные, взятые по модулю. На фиг. 2 приведен пример смещения точек пересечения производных функций интенсивности светового импульса и гамма-излучения ядерного взрыва с различным тротиловым эквивалентом (ТЭ). Достоверность заявляемого способа достигают за счет использования двух независимых спектральных каналов регистрации излучения взрыва.

Реализация заявляемого способа может быть осуществлена с помощью полупроводникового комбинированного приемника электромагнитного излучения [5].

Литература

1. Г.А. Ивойлов, А.В. Скуридин, М.Ю. Дорофеев. Измерительные информационные системы. Москва.: Военная академия Ракетных войск стратегического назначения, 2008. 272 с.

2. И.Ю. Чернявский, А.Н. Григорьев, З.В. Билык, В.Б. Матыкин. Применение кремниевых PIN детекторов для регистрации параметров ядерного взрыва. 2016, №4 (48).

3. Игнатьев Н. Г., Крапива П.С., Короткое К.Е., Москаленко И.Н. Устройство регистрации импульсного ионизирующего и импульсного оптического излучения с передачей по ВОЛС. Патент на изобретение RU 2 620 589, 2017 г. Опубликовано: 29.05.2017. Бюл. №16.

4. М. Кардона. Модуляционная спектроскопия. Москва: «Мир», 1972 г, 414 с.

5. Средин В.Г., Войцеховский А.В., Васильева Ю.В. Полупроводниковый комбинированный приемник электромагнитного излучения. Патент на изобретение RU 2578103, 2016 г.