Дизайн ядерного оружия — Nuclear weapon design — abcdef.wiki

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki Гаджет

: недорогие и полезные товары с aliexpress: автомобильный fm-трансмиттер, набор стяжек и другие

Цена: от US $8.99 / 653.76 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

FM-трансмиттер для автомобиля от китайского бренда JINSERTA поможет вам не только зарядить любой мобильный гаджет через порты PD и USB с поддержкой технологии быстрой зарядки QC3.0 мощностью 18 Вт. Гаджет также позволит разговаривать по громкой связи и прослушивать музыку через соединение Bluetooth 5.0 или с флешки и TF-карты. Устройство работает от 12 вольт прикуривателя.

Цена: US $49.94 / 3631.67 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Отличная находка для дружного семейного досуга – суперкомпактный проектор Thundeal TD860, способный отображать крупноформатный контент даже с небольшого расстояния. Максимальное разрешение 1920 х 1080 пикселей, высокий уровень яркости в 2000 люмен и приличный интерфейс: разъём HDMI, порт USB, слот для TF-карты памяти, аудиовыход 3.5 мм, а также инфракрасный порт.

Цена: от US $3.29 / 239.25 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Такая автомобильная подушка — незаменимая вещь для дальних поездок, позволяющая разгрузить позвоночный отдел. Внутри неё применена специальная пена с эффектом запоминания анатомических особенностей пользователя, благодаря чему использование аксессуара становится еще более комфортным. Кроме того, подушка имеет специальную крепежную резинку, благодаря которой подходит для автокресел любой конфигурации.

Цена: от US $5.87 / 426.87 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Набор стальных соединительных стяжек-креплений выполнен из нержавеющей стали, они устойчивы к коррозии, огнестойки и долговечны. Идеально подходят для соединения автомобильных деталей, проводов, кабеля и так далее. В набор входит по 50 и 100 штук на выбор.

Цена: от US $99.78 / 7256.06 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Ультратонкий планшет BDF с экраном 10.1 дюйма и ёмким аккумулятором 5000 мАч оснащён задней камерой, разрешение которой составляет 5 Мп, ПЗУ с объёмом памяти на 32 ГБ, GPS, WiFi и Bluetooth. Высокая производительность 8-ядерного процессора гаджета обеспечивает возможность его использования практически для любых целей. В магазине доступны четыре варианта комплектации товара.

Цена: от US $7.12 / 517.77 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Классический поясной кожаный чехол из официального магазина бренда LUXMO LUXURY MOBILE подойдёт для любых смартфонов. Он отлично защитит ваш мобильный гаджет от трещин и сколов на корпусе и экране в случае неаккуратного обращения или падения на твёрдую поверхность. Чехол имеет много кармашков для банковских карт и удобную крышку.

Цена: от US $13.56 / 986.09 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Для этой лампы найдётся множество вариантов применения, начиная с дома или дачи, и заканчивая гаражом и мастерской. Для фиксации оптики не нужно саморезов, вместо чего на светильнике предусмотрены специальные крепежные магниты. Кроме того, всегда можно поставить устройство на пол или даже повесить его на ветку во дворе. 

Цена: US $15.61 / 1135.17 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Держатель для телефона BGEKTOTH изготовлен из алюминиевого сплава и предназначен для крепления на руль велосипеда или мотоцикла. Он является универсальным для устройств с экраном 4.3 — 6.7 дюйма и легко поворачивается на 360°. В магазине доступны держатели серебристого и чёрного цвета.

Цена: от US $3.44 / 250.16 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Бренд Civetman представил нестандартный модельный ряд USB-накопителей 2-го поколения в виде миниатюрных гаечных ключей и бутылочных открывашек. Любой из этих аксессуаров можно использовать в качестве брелока, они имеют объёмы памяти от 4 ГБ до 256 ГБ.

Цена: от US $3.92 / 285.06 руб.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Несмотря на наступившую осень, не стоит забывать о том, что неизменно придёт весна. А это значит, что уже заранее можно приобрести садовый инвентарь, присмотревшись к такому универсальному секатору с удобными прочными пластиковыми ручками и удлинёнными лезвиями длиной около 2 см и толщиной 3 мм. Полная длина инструмента составляется 21.5 см.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Друзья, ещё много других отличных товаров можно купить на AliExpress недорого, их вы найдёте на канале ALIEXPRESSO SHOP в Телеграм, а также в моём Блоге и в группах ВКонтакте и Одноклассники. Подписывайтесь, там всегда есть новые и недорогие предложения!

Библиография

  • Коэн, Сэм , Правда о нейтронной бомбе: Изобретатель бомбы говорит вслух , Уильям Морроу и компания, 1983
  • Костер-Маллен, Джон, «Атомные бомбы: Совершенно секретная внутренняя история Маленького мальчика и Толстяка», самоиздание, 2021 г.
  • Гласстон, Сэмюэл и Долан, Филип Дж., Редакторы, The Effects of Nuclear Weapons (третье издание). Архивировано 3 марта 2021 г. в Wayback Machine (PDF), Типография правительства США, 1977 г.
  • Грейс, С. Чарльз, Ядерное оружие: принципы, эффекты и выживаемость (Land Warfare: New Battlefield Weapons Systems and Technology, том 10)
  • Хансен, Чак , « Мечи Армагеддона: разработка ядерного оружия в США с 1945 года. Архивировано 30 декабря 2021 года в Wayback Machine » (CD-ROM и загрузка). PDF. 2600 страниц, Саннивейл, Калифорния, Chucklea Publications, 1995, 2007.
  • ISBN  978-0-9791915-0-3 (2-е изд.)

  • Последствия ядерной войны. Архивировано 18 апреля 2021 г. в Wayback Machine , Office of Technology Assessment (май 1979 г.).
  • Родос, Ричард. Создание атомной бомбы . Саймон и Шустер, Нью-Йорк, (1986 ISBN  978-0-684-81378-3 )
  • Родос, Ричард . Темное Солнце: Создание водородной бомбы . Саймон и Шустер, Нью-Йорк, (1995 ISBN  978-0-684-82414-7 )
  • Смит, Генри ДеВольф , Атомная энергия для военных целей, Архивировано 21 апреля 2021 г. в Wayback Machine , Princeton University Press, 1945 г. (см .: Отчет Смита )

Двухступенчатое термоядерное оружие

Оружие деления на чистом расщеплении или реактивном ядерном синтезе может производить сотни килотонн при больших расходах расщепляющегося материала и трития, но, безусловно, наиболее эффективный способ увеличить мощность ядерного оружия выше десяти или около того килотонн — это добавить вторую независимую ступень. , называется второстепенным.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Айви Майк

, первый двухступенчатый термоядерный взрыв, 10,4 мегатонны, 1 ноября 1952 года.

В 1940-х конструкторы бомбы в Лос-Аламосе думали, что вторичным будет баллон с дейтерием в сжиженной или гидридной форме. Реакция синтеза будет DD, более труднодостижимой, чем DT, но более доступной. Бомба деления на одном конце будет сжимать и нагревать ближний конец, а термоядерный синтез распространяется через контейнер к дальнему концу. Математическое моделирование показало, что это не сработает даже с добавлением большого количества дорогостоящего трития.

Вся канистра с термоядерным топливом должна быть охвачена энергией деления, как для сжатия, так и для нагрева, как в случае с бустерным зарядом в форсированной первичной обмотке. Прорыв в конструкции произошел в январе 1951 года, когда Эдвард Теллер и Станислав Улам изобрели радиационную имплозию — в течение почти трех десятилетий известную публично только как секрет водородной бомбы Теллера-Улама .

Концепция радиационной имплозии была впервые испытана 9 мая 1951 года в кадре Джорджа из Operation Greenhouse , Эниветок, мощностью 225 килотонн. Первое полное испытание было 1 ноября 1952 года, выстрел Майка из Operation Ivy , Eniwetok, дал 10,4 мегатонны.

При радиационной имплозии выброс рентгеновской энергии, исходящей от взрывающейся первичной обмотки, улавливается и удерживается внутри радиационного канала с непрозрачными стенками, который окружает компоненты ядерной энергии вторичной обмотки. Излучение быстро превращает пенопласт, который заполнял канал, в плазму, которая в основном прозрачна для рентгеновских лучей, и излучение поглощается самыми внешними слоями толкателя / тампера, окружающего вторичную обмотку, которая аблирует и прикладывает огромную силу. (очень похоже на вывернутый наизнанку ракетный двигатель), в результате чего капсула с термоядерным топливом взорвалась так же, как яма первичной обмотки.

Когда вторичная обмотка взрывается, делящаяся «свеча зажигания» в ее центре воспламеняется и выделяет нейтроны и тепло, которые позволяют термоядерному топливу с дейтеридом лития производить тритий и также воспламеняться. Цепные реакции деления и синтеза обмениваются нейтронами друг с другом и повышают эффективность обеих реакций.

Большая сила имплозии, повышенная эффективность делящейся «свечи зажигания» за счет усиления нейтронами термоядерного синтеза и сам термоядерный взрыв обеспечивают значительно больший выход взрывчатого вещества из вторичной обмотки, несмотря на то, что часто она не намного больше первичной.

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Последовательность срабатывания абляционного механизма.

  1. Боевая часть перед стрельбой. Вложенные сферы вверху являются первичными делениями; цилиндры, расположенные ниже, представляют собой вторичное устройство для сварки.
  2. Взрывчатые вещества первичной обмотки взорвались и разрушили делящийся котлован первичной обмотки .
  3. Реакция деления первичной обмотки завершилась, и первичная обмотка теперь имеет температуру в несколько миллионов градусов и излучает гамма- и жесткие рентгеновские лучи, нагревая внутреннюю часть хольраума , щита и тампера вторичной обмотки.
  4. Реакция праймериз закончилась, и она расширилась. Поверхность толкателя вторичной обмотки теперь настолько горячая, что она также аблирует или расширяется, толкая остальную часть вторичной обмотки (тампер, термоядерное топливо и делящуюся свечу зажигания) внутрь. Свеча зажигания начинает делиться. Не изображено: радиационный корпус также удаляется и расширяется наружу (опущено для ясности схемы).
  5. Топливо вторичной обмотки начало реакцию термоядерного синтеза и вскоре сгорит. Начинает формироваться огненный шар.

Например, для теста на могавка Redwing 3 июля 1956 года к первичному элементу Swan была присоединена вторичная флейта. Флейта была 15 дюймов (38 см) в диаметре и 23,4 дюйма (59 см) в длину, что примерно соответствовало размеру Лебедя. Но он весил в десять раз больше и давал в 24 раза больше энергии (355 килотонн против 15 килотонн).

Не менее важно, что активные ингредиенты Флейты, вероятно, стоят не дороже, чем ингредиенты Лебедя. Большая часть деления происходила из дешевого U-238, а тритий производился на месте во время взрыва. Только свеча зажигания на оси вторичной обмотки должна была быть делящейся.

Сферическая вторичная обмотка может достигать более высокой плотности имплозии, чем цилиндрическая вторичная обмотка, потому что сферическая имплозия проталкивается со всех направлений к одному и тому же месту. Однако в боеголовках мощностью более одной мегатонны диаметр сферической вторичной обмотки был бы слишком большим для большинства применений.

В таких случаях необходима цилиндрическая вторичная обмотка. Небольшие конусообразные возвращаемые аппараты в баллистических ракетах с несколькими боеголовками после 1970 года, как правило, имели боеголовки со сферическими вторичными частями и мощностью в несколько сотен килотонн.

Гаджет:  гаджеты для шкафов на АлиЭкспресс — купить онлайн по выгодной цене

Как и в случае с форсированием, преимущества двухступенчатой ​​термоядерной конструкции настолько велики, что мало стимулов не использовать ее, как только нация овладеет этой технологией.

С инженерной точки зрения, радиационная имплозия позволяет использовать некоторые известные особенности материалов ядерных бомб, которые до сих пор не находили практического применения. Например:

  • Оптимальный способ хранить дейтерий в достаточно плотном состоянии — это химически связать его с литием в виде дейтерида лития. Но изотоп лития-6 также является сырьем для производства трития, а взрывающаяся бомба — это ядерный реактор. Радиационный взрыв будет удерживать все вместе достаточно долго, чтобы обеспечить полное превращение лития-6 в тритий, пока бомба взорвется. Таким образом, связующий агент для дейтерия позволяет использовать реакцию синтеза DT без какого-либо предварительно изготовленного трития, хранящегося во вторичной обмотке. Ограничение производства трития исчезает.
  • Для того, чтобы вторичная обмотка была сжата окружающей ее горячей, индуцированной излучением плазмой, она должна оставаться холодной в течение первой микросекунды, т. Е. Должна быть заключена в массивный радиационный (тепловой) экран. Массивность щита позволяет ему выполнять функцию тампера, добавляя импульс и продолжительность взрыва. Нет материала, подходящего лучше для обеих этих задач, чем обычный дешевый уран-238, который также подвергается делению под действием нейтронов, образующихся в результате DT-синтеза. Таким образом, кожух, называемый толкателем, выполняет три функции: охлаждение вторичной обмотки; удерживать его по инерции в сильно сжатом состоянии; и, наконец, служить главным источником энергии для всей бомбы. Расходуемый толкатель делает бомбу больше похожей на бомбу деления урана, чем на водородную термоядерную бомбу. Инсайдеры никогда не использовали термин «водородная бомба».
  • Наконец, тепло для воспламенения от термоядерного синтеза исходит не от первичной обмотки, а от второй бомбы деления, называемой свечой зажигания, встроенной в сердце вторичной обмотки. Имплозия вторичной обмотки взрывает эту свечу зажигания, взрывая ее и воспламеняя материал вокруг нее, но свеча зажигания затем продолжает делиться в среде, богатой нейтронами, до тех пор, пока она полностью не сгорит, что значительно увеличивает выход.

В последующие пятьдесят лет никто не придумал более эффективного способа создания ядерной бомбы. Это предпочтительный вариант для Соединенных Штатов, России, Великобритании, Китая и Франции, пяти термоядерных держав. 3 сентября 2021 года Северная Корея провела, как сообщалось, первое «двухэтапное испытание термоядерного оружия».

По словам доктора Теодора Тейлора , после просмотра просочившихся фотографий разобранных компонентов оружия, сделанных до 1986 года, Израиль обладал усиленным оружием, и ему потребовались бы суперкомпьютеры той эпохи для дальнейшего продвижения к созданию полноценного двухступенчатого оружия мегатонного диапазона без ядерных испытательных взрывов. У других ядерных держав, Индии и Пакистана, вероятно, есть одноступенчатое оружие, возможно, усиленное.

Деление

Когда свободный нейтрон попадает в ядро ​​делящегося атома, такого как уран-235 ( 235 U), ядро ​​урана распадается на два меньших ядра, называемых осколками деления, плюс еще нейтроны (для 235 U три или два; в среднем 2,5 на деление).

Цепная реакция деления в сверхкритической массе топлива может быть самоподдерживающейся, поскольку она производит достаточно избыточных нейтронов, чтобы компенсировать потери нейтронов, покидающих сверхкритическую сборку. Большинство из них обладают скоростью (кинетической энергией), необходимой для того, чтобы вызвать новые деления в соседних ядрах урана.

Ядро U-235 может расщепляться разными способами, при условии, что атомные номера в сумме составляют 92, а атомные массы в сумме составляют 236 (уран плюс дополнительный нейтрон). Следующее уравнение показывает одно возможное разделение, а именно на стронций-95 ( 95 Sr), ксенон-139 ( 139 Xe) и два нейтрона (n), плюс энергию:

 235U п⟶95Sр 139Иксе 2 п 180 MеV{ displaystyle {} ^ {235} mathrm {U} mathrm {n} longrightarrow {} ^ {95} mathrm {Sr} {} ^ {139} mathrm {Xe} 2 mathrm {n} 180 mathrm {МэВ}}

Немедленное выделение энергии на атом составляет около 180 миллионов электрон-вольт (МэВ); т.е. 74 ТДж / кг. Только 7% из них составляет гамма-излучение и кинетическая энергия нейтронов деления. Остальные 93% — это кинетическая энергия (или энергия движения) заряженных осколков деления, разлетающихся друг от друга, взаимно отталкиваемых положительным зарядом их протонов (38 для стронция, 54 для ксенона).

Эта начальная кинетическая энергия составляет 67 ТДж / кг, что дает начальную скорость около 12 000 километров в секунду. Высокий электрический заряд заряженных фрагментов вызывает множество неупругих кулоновских столкновений с соседними ядрами, и эти фрагменты остаются захваченными внутри делящейся ямы бомбы и вмешиваются, пока их движение не преобразуется в тепло.

Учитывая скорость осколков и длину свободного пробега между ядрами в сжатой тепловыделяющей сборке (для конструкции имплозии), это занимает около одной миллионной секунды (микросекунды), за это время активная зона и тампер бомбы расширились. в плазму диаметром несколько метров с температурой в десятки миллионов градусов Цельсия.

Он достаточно горячий, чтобы излучать излучение черного тела в рентгеновском спектре. Эти рентгеновские лучи поглощаются окружающим воздухом, создавая огненный шар и взрыв ядерного взрыва.

Большинство продуктов деления содержат слишком много нейтронов, чтобы быть стабильными, поэтому они радиоактивны в результате бета-распада , превращая нейтроны в протоны, выбрасывая бета-частицы (электроны) и гамма-лучи. Их период полураспада составляет от миллисекунд до примерно 200 000 лет.

Многие из них распадаются на изотопы, которые сами по себе являются радиоактивными, поэтому для достижения стабильности может потребоваться от 1 до 6 (в среднем 3) распадов. В реакторах радиоактивными продуктами являются ядерные отходы в отработавшем топливе. В бомбах они становятся радиоактивными осадками, как локальными, так и глобальными.

Между тем, внутри взрывающейся бомбы свободные нейтроны, высвобождаемые при делении, уносят около 3% начальной энергии деления. Кинетическая энергия нейтронов добавляет энергии взрыва бомбы, но не так эффективно, как энергия заряженных фрагментов, поскольку нейтроны не так быстро теряют свою кинетическую энергию при столкновении с заряженными ядрами или электронами.

Основным вкладом нейтронов деления в мощность бомбы является инициирование последующих делений. Более половины нейтронов вылетают из активной зоны бомбы, но остальные сталкиваются с ядрами 235 U, вызывая их деление в результате экспоненциально нарастающей цепной реакции (1, 2, 4, 8, 16 и т. Д.).

Начиная с одного атома, количество делений может теоретически удвоиться в сто раз за микросекунду, что может потреблять весь уран или плутоний до сотен тонн в сотом звене цепи. Обычно в современном оружии оружейная яма содержит от 3,5 до 4,5 кг (от 7,7 до 9,9 фунта) плутония и при взрыве производит примерно от 5 до 10 килотонн в тротиловом эквиваленте (от 21 до 42 ТДж), что соответствует расщеплению примерно 0,5 кг (1,1 фунт) плутония.

Материалы, которые могут поддерживать цепную реакцию, называются делящимися . В ядерном оружии используются два делящихся материала: 235 U, также известный как высокообогащенный уран (ВОУ), ораллой (Oy), означающий сплав Ок-Ридж, или 25 (последние цифры атомного номера, 92 для урана, и атомный вес, здесь соответственно 235); и 239 Pu, также известный как плутоний, или 49 (от 94 до 239).

Самый распространенный изотоп урана, 238 U, расщепляется, но не расщепляется, что означает, что он не может поддерживать цепную реакцию, потому что его дочерние нейтроны деления (в среднем) недостаточно энергичны, чтобы вызывать последующие деления 238 U.

Однако нейтроны, высвобождаемые при синтезе тяжелых изотопов водорода, дейтерия и трития , расщепляют 238 U. Эта реакция деления 238 U во внешней оболочке вторичного узла двухступенчатой ​​термоядерной бомбы производит наибольшую часть энергии бомбы. урожай, а также большая часть его радиоактивных обломков.

Для национальных держав, вовлеченных в гонку ядерных вооружений, этот факт способности 238 U к быстрому делению при бомбардировке термоядерными нейтронами имеет центральное значение. Обилие и дешевизна как объемного сухого термоядерного топлива (дейтерида лития)

Лоуренс ливермор

Поскольку первоначальная миссия больше не выполнялась, лаборатория Ливермора опробовала радикально новые конструкции, но безуспешно. Первые три ядерных испытания закончились провалом : в 1953 году были установлены два устройства одноступенчатого деления с ямами для гидрида урана , а в 1954 году — двухступенчатое термоядерное устройство, в котором вторичная обмотка нагревается преждевременно, слишком быстро для того, чтобы радиационная имплозия работала должным образом.

Переставив передачи, Ливермор решил взять идеи, отложенные в Лос-Аламосе на полку, и развить их для армии и флота. Это привело к тому, что Ливермор стал специализироваться на тактическом оружии малого диаметра, в частности, использующем двухточечные имплозионные системы, такие как Swan.

Тактическое оружие малого диаметра стало основным для вторичных орудий малого диаметра. Примерно в 1960 году, когда гонка сверхдержавных вооружений превратилась в гонку баллистических ракет, Ливерморские боеголовки оказались более полезными, чем большие и тяжелые боеголовки Лос-Аламоса.

Боеголовки Лос-Аламоса использовались на первых баллистических ракетах средней дальности , БРСД, но меньшие боеголовки Ливермора использовались на первых межконтинентальных баллистических ракетах , межконтинентальных баллистических ракетах и ​​баллистических ракетах подводных лодок , БРПЛ, а также на первых системах залпового огня на такие ракеты.

В 1957 и 1958 годах обе лаборатории построили и испытали как можно больше конструкций в ожидании того, что запланированный на 1958 год запрет на испытания может стать постоянным. К тому времени, когда в 1961 году возобновились испытания, две лаборатории стали дублировать друг друга, и проектные задания были назначены больше по соображениям рабочей нагрузки, чем по специальности лаборатории.

Некоторые дизайны продавались лошадьми. Например, боеголовка W38 для ракеты Titan I начиналась как проект Ливермора, была передана Лос-Аламосу, когда стала боеголовкой ракеты Атлас , а в 1959 году была возвращена Ливермору в обмен на боеголовку W54 Davy Crockett , которая отправился из Ливермора в Лос-Аламос.

Конструкции боеголовок после 1960 г. приобрели характер изменения моделей, и каждая новая ракета по маркетинговым соображениям получала новую боеголовку. Главное существенное изменение заключалось в упаковке большего количества делящегося урана-235 во вторичный уран, поскольку он стал доступным благодаря продолжающемуся обогащению урана и демонтажу больших бомб высокой мощности.

Гаджет:  Какой браузер выбрать на Android? -

Начиная с установки Nova в Ливерморе в середине 1980-х, деятельность по ядерному проектированию, относящаяся к радиационно-управляемой имплозии, была основана на исследованиях с использованием лазерного термоядерного синтеза с непрямым возбуждением .

Эта работа была частью усилий по исследованию термоядерного синтеза с инерционным удержанием . Аналогичная работа продолжается и на более мощном Национальном центре зажигания . Программа управления запасами также извлекла пользу из исследований, проведенных в NIF .

Оружие деления с усилением термоядерного синтеза

Следующим шагом в миниатюризации было ускорение деления ямы, чтобы уменьшить минимальное время инерционного удержания. Это позволило бы эффективно расщеплять топливо с меньшей массой в виде тампера или самого топлива. Ключом к достижению более быстрого деления было бы введение большего количества нейтронов, и среди многих способов сделать это добавить реакцию синтеза было относительно легко в случае полой ямы.

Самая легкая реакция синтеза достигается в смеси 50–50 трития и дейтерия. Для экспериментов по мощности термоядерного синтеза эту смесь необходимо выдерживать при высоких температурах в течение относительно продолжительного времени, чтобы реакция была эффективной.

Однако для взрывного использования цель состоит не в том, чтобы произвести эффективный синтез, а просто обеспечить дополнительные нейтроны на ранней стадии процесса. Поскольку ядерный взрыв является сверхкритическим, любые дополнительные нейтроны будут умножаться за счет цепной реакции, поэтому даже небольшие количества, введенные раньше, могут иметь большое влияние на конечный результат.

В форсированной конструкции термоядерное топливо в газовой форме закачивается в котлован при постановке на охрану. Он превратится в гелий и выпустит свободные нейтроны вскоре после начала деления. Нейтроны запустят большое количество новых цепных реакций, пока яма все еще критическая или почти критическая.

Концепция сплавления увеличили деления впервые была испытана на 25 мая 1951 года, в Item выстреле операция теплицы , Эниветки , выход 45,5 килотонн.

Повышение диаметра уменьшает диаметр тремя способами, и все это результат более быстрого деления:

  • Поскольку сжатую яму не нужно удерживать вместе так долго, массивный тампер U-238 можно заменить легкой бериллиевой оболочкой (для отражения уходящих нейтронов обратно в яму). Диаметр уменьшен.
  • Массу ямы можно уменьшить вдвое, не снижая урожайности. Диаметр снова уменьшен.
  • Поскольку масса взрываемого металла (тампер плюс яма) уменьшается, требуется меньший заряд взрывчатого вещества, что еще больше уменьшает диаметр.
US Swan Device.svg

Первым устройством, размеры которого предполагают использование всех этих функций (двухточечная, полая яма, имплозия с ускорением плавления), было устройство Swan . Он имел цилиндрическую форму диаметром 11,6 дюйма (29 см) и длиной 22,8 дюйма (58 см).

Сначала он был испытан автономно, а затем в качестве основного двухступенчатого термоядерного устройства во время операции Redwing . Он был использован в качестве первичного звена Робина и стал первым серийным, многоцелевым первичным звеном и прототипом для всего последующего.

Nuclear Weapon Miniaturization.png

После успеха Swan, 11 или 12 дюймов (28 или 30 см), казалось, стали стандартным диаметром одноступенчатых устройств с наддувом, испытанных в 1950-х годах. Длина обычно была вдвое больше диаметра, но одно такое устройство, которое стало боеголовкой W54 , было ближе к сфере, всего 15 дюймов (38 см) в длину.

Одним из применений W54 стал безоткатный снаряд Davy Crockett XM-388 . Он имел размер всего 11 дюймов (28 см) и показан здесь в сравнении с его предшественником Fat Man (60 дюймов (150 см)).

Еще одно преимущество усиления, помимо того, что оно делает оружие меньше, легче и содержит меньше расщепляющегося материала при заданной мощности, состоит в том, что оно делает оружие невосприимчивым к преддетонации. В середине 1950-х годов было обнаружено, что плутониевые ямы будут особенно восприимчивы к частичной преддетонации, если подвергнуться интенсивному излучению близлежащего ядерного взрыва (электроника также могла быть повреждена, но это была отдельная проблема).

РИ была особой проблемой до появления эффективных радарных систем раннего предупреждения, потому что атака с первого удара могла сделать ответное оружие бесполезным. Усиление снижает количество плутония, необходимого в оружии, до уровня ниже количества, которое было бы уязвимо для этого эффекта.

Оружие имплозивного типа

Implosion Nuclear weapon.svg

И для устройства «Тринити», и для « Толстяка» , бомбы Нагасаки, использовались почти идентичные конструкции деления плутония посредством имплозии. В устройстве «Толстяк» специально использовалось 6,2 кг (14 фунтов), объемом около 350 мл или 12 жидких унций США, Pu-239 , что составляет всего 41% критической массы голой сферы.

(См Толстяк статья для детального чертежа.) , Окруженная U-238 рефлектором / саботажа, яма толстяка была приближена к критической массе по нейтронно-отражающим свойствам U-238. Во время детонации критичность достигалась за счет взрыва.

Плутониевую яму сжимали для увеличения ее плотности путем одновременной детонации, как и в случае испытательного взрыва «Тринити» тремя неделями ранее, обычных взрывчатых веществ, равномерно размещенных вокруг ямы. Взрывчатка приводилась в действие множественными взрывающимися мостиками-детонаторами . По оценкам, только около 20% плутония подверглось делению; остальные, около 5 кг (11 фунтов), были разбросаны.

Имплозивная бомба animated.gif
Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Флэш-рентгеновские снимки сходящихся ударных волн, образовавшихся во время испытания системы линз с фугасами.

Ударная волна имплозии может иметь такую ​​короткую продолжительность, что только часть ямы сжимается в любой момент, когда волна проходит через нее. Чтобы этого не произошло, может потребоваться толкатель. Толкатель расположен между взрывной линзой и тампером.

Он работает, отражая часть ударной волны назад, тем самым увеличивая ее продолжительность. Он сделан из — за низкой плотности металла — такие , как алюминий , бериллий , или сплава двух металлов (алюминий легче и безопаснее форме, а на два порядка дешевле, бериллий обладает высокой нейтрон-отражательной способности). Толстяк использовал алюминиевый толкатель.

Серия экспериментов RaLa по испытаниям концепции конструкции оружия деления имплозивного типа, проводившаяся с июля 1944 по февраль 1945 года в лаборатории Лос-Аламоса и удаленном месте в 14,3 км (9 милях) к востоку от нее в каньоне Байо, доказала практичность Дизайн имплозии для устройства деления, испытания в феврале 1945 года положительно определили его пригодность для окончательного проекта имплозии плутония Trinity / Fat Man.

Ключом к большей эффективности Толстяка был внутренний импульс массивного тампера U-238. (Тампер из природного урана не подвергался делению тепловыми нейтронами, но вносил, возможно, 20% общего выхода от деления быстрыми нейтронами). Как только цепная реакция началась в плутонии, импульс имплозии должен был быть изменен, прежде чем расширение могло остановить деление. Удерживая все вместе еще несколько сотен наносекунд, эффективность была увеличена.

Оружие чистого деления

Первая задача конструкции ядерного оружия — быстро собрать сверхкритическую массу делящегося (оружейного) урана или плутония. Сверхкритическая масса — это масса, при которой процент нейтронов деления, захваченных другими соседними делящимися ядрами, достаточно велик, чтобы каждое событие деления в среднем приводило к более чем одному последующему событию деления.

Нейтроны, высвобождаемые при первых актах деления, вызывают последующие акты деления с экспоненциально ускоряющейся скоростью. Каждое последующее деление продолжает последовательность этих реакций, которая проходит через сверхкритическую массу ядер топлива. Этот процесс понимается и в просторечии описывается как цепная ядерная реакция .

Чтобы запустить цепную реакцию в сверхкритической сборке, должен быть инжектирован по крайней мере один свободный нейтрон, который столкнется с делящимся топливным ядром. Нейтрон соединяется с ядром (технически событие слияния) и дестабилизирует ядро, которое взрывается на два ядерных фрагмента среднего веса (из-за разделения сильной ядерной силы, удерживающей взаимно отталкивающие протоны вместе), плюс два или три свободных нейтрона.

Они разлетаются и сталкиваются с соседними топливными ядрами. Этот процесс повторяется снова и снова до тех пор, пока тепловыделяющая сборка не станет докритической (из-за теплового расширения), после чего цепная реакция прекращается, потому что дочерние нейтроны больше не могут найти новые ядра топлива, чтобы удариться, прежде чем покинуть менее плотную массу топлива.

Для метода сборки пушки (см. Ниже) образования сверхкритической массы можно положиться на само топливо, которое инициирует цепную реакцию. Это потому, что даже самый лучший уран оружейного качества содержит значительное количество ядер 238 U.

Они восприимчивы к событиям спонтанного деления , которые происходят случайно, хотя и вероятностно (это квантово-механическое явление). Поскольку в собранной с пушкой критической массе подача топлива не сжимается, конструкция должна только гарантировать, что докритическая масса «снаряда» остается прочно соединенной с другой достаточно долго, чтобы спонтанное деление 238 U наверняка произошло, пока оружие находится в близость цели бомбы.

Это несложно организовать, поскольку для этого требуется секунда или две при массе топлива обычного размера. (Тем не менее, многие такие бомбы, предназначенные для доставки по воздуху (гравитационная бомба, артиллерийский снаряд или ракета), используют инжектированные нейтроны, чтобы получить более точный контроль над точной высотой взрыва, что важно для разрушительной эффективности воздушных взрывов.)

Это состояние спонтанного деления подчеркивает необходимость очень быстро собрать сверхкритическую массу топлива. Время, необходимое для этого, называется критическим временем установки оружия . Если бы спонтанное деление произошло, когда сверхкритическая масса была собрана только частично, цепная реакция началась бы преждевременно.

Потери нейтронов через пустоту между двумя подкритическими массами (сборка пушки) или пустоты между не полностью сжатыми топливными ядрами (сборка имплозии) сократят бомбу до количества актов деления, необходимых для достижения полной проектной мощности.

Кроме того, тепло, возникающее в результате этих делений, будет работать против продолжающейся сборки сверхкритической массы из-за теплового расширения топлива. Эта неудача называется преддонацией . Получившийся взрыв инженеры-бомбардировщики и пользователи оружия назвали бы «провалом».

Есть еще один источник свободных нейтронов, который может испортить взрыв деления. Все ядра урана и плутония имеют режим распада, в результате которого образуются энергичные альфа-частицы . Если топливная масса содержит примесные элементы с низким атомным номером (Z), эти заряженные альфа-частицы могут проникнуть через кулоновский барьер этих примесных ядер и вступить в реакцию, которая дает свободный нейтрон.

Гаджет:  system storage gadget wire на АлиЭкспресс — купить онлайн по выгодной цене

Оружие деления, используемое в непосредственной близости от других ядерных взрывов, должно быть защищено от проникновения свободных нейтронов извне. Однако в такой защитный материал почти всегда будет проникать, если внешний нейтронный поток достаточно интенсивен. Когда оружие дает осечку или дает сбой из-за других ядерных взрывов, это называется ядерным братоубийством .

Для конструкции, собранной методом имплозии, после того, как критическая масса собрана до максимальной плотности, для запуска цепной реакции должен быть подан импульс нейтронов. В раннем оружии использовался модулированный нейтронный генератор под кодовым названием « Urchin » внутри ямы, содержащей полоний- 210 и бериллий, разделенных тонкой перегородкой.

Взрыв ямы раздавил нейтронный генератор, смешав два металла, тем самым позволив альфа-частицам полония взаимодействовать с бериллием с образованием свободных нейтронов. В современном оружии генератор нейтронов представляет собой высоковольтную вакуумную трубку, содержащую ускоритель частиц, который бомбардирует дейтерий / тритий-металлгидридную мишень ионами дейтерия и трития .

Получающийся в результате мелкомасштабный термоядерный синтез производит нейтроны в защищенном месте за пределами физического пакета, из которого они проникают в яму. Этот метод позволяет лучше синхронизировать первые события деления в цепной реакции, которая оптимально должна происходить в точке максимального сжатия / сверхкритичности.

Критическая масса несжатой сферы из чистого металла составляет 50 кг (110 фунтов) для урана-235 и 16 кг (35 фунтов) для плутония-239 в дельта-фазе. В практических приложениях количество материала, необходимого для обеспечения критичности, изменяется в зависимости от формы, чистоты, плотности и близости к отражающему нейтроны материалу , и все это влияет на выход или захват нейтронов.

Чтобы избежать преждевременной цепной реакции во время обращения, делящийся материал в оружии должен поддерживаться в субкритическом состоянии. Он может состоять из одного или нескольких компонентов, каждый из которых содержит менее одной критической массы в несжатом состоянии.

Тонкая полая оболочка может иметь критическую массу, превышающую критическую массу голой сферы, как и цилиндр, который может быть сколь угодно длинной, не достигая критичности. Другой метод снижения риска возникновения критичности — использование материала с большим поперечным сечением для захвата нейтронов, такого как бор (в частности, 10 B, содержащий 10% природного бора).

Естественно, этот поглотитель нейтронов должен быть удален до взрыва оружия. Это легко сделать для бомбы, собранной из пушки: масса снаряда просто вытесняет поглотитель из пустоты между двумя подкритическими массами силой своего движения (которое обязательно является быстрым).

Использование плутония влияет на конструкцию оружия из-за высокого уровня альфа-излучения. Это приводит к тому, что металлический Pu самопроизвольно выделяет значительное количество тепла; масса в 5 кг дает 9,68 Вт тепловой мощности. Такой предмет будет теплым на ощупь, и это не проблема, если это тепло будет быстро рассеиваться и не повышать температуру.

Но это является проблемой внутри ядерной бомбы. По этой причине в бомбах, в которых используется топливо Pu, используются алюминиевые детали для отвода избыточного тепла, и это усложняет конструкцию бомбы, поскольку Al не играет активной роли в процессах взрыва.

Вскрытия является дополнительным слоем из плотного материала , окружающего делящегося материала. Из-за своей инерции он задерживает тепловое расширение делящейся массы топлива, дольше сохраняя его в сверхкритическом состоянии. Часто один и тот же слой служит тампером и отражателем нейтронов.

Световые трубы

Важным инструментом для анализа испытаний была диагностическая световая трубка. Зонд внутри испытательного устройства может передавать информацию, нагревая металлическую пластину до накала, событие, которое может быть зарегистрировано приборами, расположенными на дальнем конце длинной очень прямой трубы.

На рисунке ниже показано устройство «Креветка», взорванное 1 марта 1954 года в Бикини во время испытания « Замок Браво» . Взрыв мощностью 15 мегатонн стал крупнейшим в истории США. Силуэт мужчины показан в масштабе. Устройство опирается снизу на торцы.

Трубы, идущие в потолок кабины, которые выглядят как опоры, на самом деле являются диагностическими световыми трубами. Восемь труб на правом конце (1) отправляли информацию о подрыве первичной обмотки. Два в середине (2) отметили время, когда рентгеновские лучи от первичной обмотки достигли канала излучения вокруг вторичной обмотки.

Замок Браво Креветка композит.png

Из кабины для съемки трубы повернули горизонтально и прошли 7500 футов (2,3 км) по дамбе, построенной на рифе Бикини, к дистанционно управляемому бункеру для сбора данных на острове Наму.

В то время как рентгеновские лучи обычно проходят со скоростью света через материал с низкой плотностью, такой как наполнитель канала из пенопласта между (2) и (3), интенсивность излучения от взрывающейся первичной обмотки создает относительно непрозрачный фронт излучения в канале. наполнитель, который действует как медленно движущийся затор, задерживая прохождение лучистой энергии.

Пока вторичная обмотка сжимается посредством радиационно-индуцированной абляции, нейтроны первичной обмотки догоняют рентгеновские лучи, проникают во вторичную обмотку и начинают воспроизводить тритий посредством третьей реакции, отмеченной в первом разделе выше.

Эта реакция Li-6 n является экзотермической, производя 5 МэВ за событие. Свеча зажигания еще не сжата и, таким образом, остается подкритической, поэтому в результате не происходит значительного деления или плавления. Однако, если достаточное количество нейтронов поступит до того, как взрыв вторичной обмотки завершится, критическая разница температур между внешней и внутренней частями вторичной обмотки может ухудшиться, что может привести к тому, что вторичная обмотка не воспламенится.

Первое термоядерное оружие, спроектированное Ливермором, устройство Моргенштерна, провалилось таким образом, когда оно было испытано в замке Кун 7 апреля 1954 года. Первичный элемент загорелся, но вторичный, предварительно нагретый нейтронной волной первичного, пострадал от того, что было названо неэффективная детонация ; таким образом, оружие с прогнозируемой мощностью в одну мегатонну произвело всего 110 килотонн, из которых всего 10 килотонн были отнесены на счет термоядерного синтеза.

Эти временные эффекты и любые проблемы, которые они вызывают, измеряются данными световода. Математические модели, которые они калибруют, называются кодами гидродинамики радиационных потоков или кодами каналов. Они используются для прогнозирования последствий будущих модификаций конструкции.

Из общедоступных источников неясно, насколько успешными были световые трубки Shrimp. Бункер беспилотных данных находился достаточно далеко, чтобы оставаться за пределами кратера шириной в милю, но взрыв мощностью 15 мегатонн, в два с половиной раза мощнее, чем ожидалось, пробил бункер, сорвав его 20-тонную дверь с петель и поперек внутри бункера. (Ближайшие люди были на двадцать миль (32 км) дальше, в уцелевшем бункере.)

Чистые бомбы

Дизайн ядерного оружия - Nuclear weapon design - abcdef.wiki

Фагот, прототип чистой бомбы мощностью 9,3 мегатонн или грязной бомбы мощностью 25 мегатонн. Здесь показана грязная версия до испытаний в 1956 году. Две насадки слева — это

световые трубы

; см. подробности ниже.

1 марта 1954 года в результате крупнейшего в истории США испытательного ядерного взрыва, выстрела « Браво» мощностью 15 мегатонн в ходе операции «Замок» на атолле Бикини, смертельная доза выпадений продуктов деления была доставлена ​​на территорию более 6000 квадратных миль (16000 км 2 ).

В ответ на общественную тревогу по поводу радиоактивных осадков была предпринята попытка разработать чистое многомегатонное оружие, почти полностью полагающееся на термоядерный синтез. Энергия, вырабатываемая при расщеплении необогащенного природного урана , при использовании в качестве тамперного материала на вторичной и последующих стадиях конструкции Теллера-Улама, может намного превышать энергию, выделяемую при синтезе, как это было в случае испытания Castle Bravo .

Замена делящегося материала в тампере другим материалом необходима для создания «чистой» бомбы. В таком устройстве тампер больше не дает энергии, поэтому при любом заданном весе чистая бомба будет иметь меньшую мощность. Самый ранний известный случай испытания трехступенчатого устройства, в котором третья стадия, называемая третичной, зажигается вторичной, произошла 27 мая 1956 года в устройстве для фагота.

Это устройство было протестировано в кадре зуни в операции «Редвинг» . В этом выстреле использовались неделящиеся тамперы; использовался инертный материал-заменитель, такой как вольфрам или свинец. Его выход составлял 3,5 мегатонны, 85% термоядерного синтеза и только 15% деления.

Публичные записи об устройствах, которые производили наибольшую долю своей мощности в результате реакций синтеза, — это мирные ядерные взрывы 1970-х годов, при этом 3 взрыва, которые привели к раскопкам части Печорско-Камского канала , упоминаются как 98% термоядерного синтеза в 15 килотоннных испытаниях в Тайге . взрывные устройства выхода; то есть общая доля деления 0,3 килотонн в устройстве 15 кт.

Другие включают 50-мегатонную Tsar Bomba при 97% -ном синтезе, испытание Hardtack Poplar на 9,3 мегатонн на 95% -ном уровне и испытание Redwing Navajo на 4,5 мегатонн при 95% -ном синтезе.

19 июля 1956 года председатель AEC Льюис Штраус заявил, что испытание чистой бомбы Redwing Zuni «имело большое значение … с гуманитарной точки зрения». Однако менее чем через два дня после этого объявления грязная версия Фагота, получившая название Bassoon Prime, с тампером урана-238 была испытана на барже у побережья атолла Бикини во время выстрела Redwing Tewa .

Фагот Prime произвел мощность 5 мегатонн, из которых 87% пришлись на деление. Данные, полученные в ходе этого и других испытаний, привели к развертыванию в конечном итоге самого мощного из известных ядерных боеприпасов США и оружия с самой высокой удельной массой из когда-либо созданных — трехступенчатого термоядерного оружия с максимальной «грязной» мощностью 25%. мегатонны, обозначенные как ядерная бомба B41 , которую должны были нести бомбардировщики ВВС США, пока она не будет снята с эксплуатации; это оружие так и не было полностью испытано.

Таким образом, чистые бомбы большой мощности, по-видимому, не представляли большой ценности с военной точки зрения. Фактически развернутое оружие было грязными версиями, которые увеличивали отдачу для устройства того же размера. Потребность в ядерных устройствах с низкой фракцией деления была вызвана только подобными проектами «Орион» и мирными ядерными взрывами — для земляных земляных работ с небольшим загрязнением полученной в результате раскопок области.

Оцените статью
GadgetManiac
Добавить комментарий