Уран-гидридная бомба
Уран -гидридная бомба представляла собой вариант конструкции атомной бомбы, впервые предложенный Робертом Оппенгеймером в 1939 году, а также защищенный и испытанный Эдвардом Теллером . [1] использовался дейтерий , изотоп водорода В качестве замедлителя нейтронов в уран-дейтериевой керамике . В отличие от всех других типов бомб деления, эта концепция основана на цепной реакции медленного ядерного деления (см. Температура нейтронов ). Эффективность бомбы снизилась из-за замедления нейтронов, поскольку последние задерживают реакцию, как это описал Роб Сербер в своем расширении оригинального Los Alamos Primer в 1992 году . [2]
Термин «гидрид» для этого типа оружия вызывал недоразумения в открытой литературе. Хотя «гидрид» может означать, что природный водород (который в основном представляет собой 1 H ), используется; только дейтерий( 2 H) использовался для бомбоубежищ . Точно так же в «водородной бомбе» используется дейтерий, а иногда и тритий . [3]
Известно, что были испытаны две бомбы из дейтерида урана - Рут и Рэй испытательные выстрелы во время операции Upshot-Knothole . Оба испытания дали мощность, сравнимую с 200 тоннами тротила каждое, и были признаны провалившимися . [1] [4] Все другие программы создания ядерного оружия основывались на быстрых нейтронах в своих конструкциях.
Теория [ править ]
На ранних этапах Манхэттенского проекта , в 1943 году, дейтерид урана [Примечание 1] исследовался как перспективный бомбовый материал; к началу 1944 года от него отказались, поскольку оказалось, что такая конструкция будет неэффективной. [5] «Автокаталитической» конструкцией, возникшей в результате этих ранних исследований, стал «Элмер», снятое с производства оружие радиальной имплозии Mark 2. В нем использовались частицы дейтерида урана, покрытые парафином (для уменьшения пирофорности UD 3, также известного как U). 2 H 3 ) и воск карбида бора-10 (B 4 C) равномерно распределены по всему твердому сердечнику. [Примечание 2] Был предусмотрен тампер из композитного свинца и B 4 C с примерно 10,5 кг активного материала (т.е. UD 3 ) в одной версии и тампер BeO с 8,45 кг активного материала в другой. [3] : 260
Дейтерий в дейтериде урана (UD 3 ) или дейтериде плутония (PuD 3 ) замедляет (замедляет) нейтроны, тем самым увеличивая ядерное сечение поглощения нейтронов . Результатом должна была стать более низкая необходимая критическая масса ; уменьшение количества 235 У или 239 Пу нужен. [6] В то же время, благодаря сдерживающему действию дейтерия, [2] требования к сжатию (по крайней мере, в принципе) несколько смягчены, что позволило бы собрать дополнительный делящийся материал в активной зоне, а также создать радиально-имплозивную сборку, которая была намного проще и компактнее той, которая предназначалась для МК 3 . [3] : 258 На самом деле результатом было то, что более медленные нейтроны слишком сильно задерживали время реакции, уменьшая количество завершенных поколений деления; особенно когда ядро расширилось, чтобы достичь области снегоочистителя (где все ядерные реакции прекращаются), больше нейтронов может покинуть турбулентную поверхность ядра, и прежде чем сможет быть произведено достаточно энергии (для военного применения). В целом замедление нейтронов резко снизило эффективность оружия, прежде чем инерционное удержание вышло из строя. [6] [2] Было понятно, что в результате вместо полномасштабной детонации произойдет шипение. Прогнозируемая мощность составила около 1 килотонны в тротиловом эквиваленте (4,2 ТДж). [7] если ядро работало так, как первоначально ожидалось; Первая приблизительная оценка поведения «гидридной» бомбы появилась в 1944 году, когда Джеймс Конант можно будет получить 1 килотонн энергии предсказал, что из примерно 9 кг UD 3 . [8]
После войны физики LANL продолжали исследования по этому вопросу, не придавая особого значения; в то время как симуляция Монте-Карло в декабре 1949 г. [3] : 258 показало, что активная зона в принципе может работать и в результате получится оружие, значительно меньшее, чем MK 5 , возник сильный скептицизм, поскольку изначально низкая эффективность топлива не улучшилась даже отдаленно, как теоретически предполагалось, когда были включены полый активный элемент и наддув, и предложенное испытание такого ядра в МК 4 фугасной сборке в конечном итоге было исключено из предварительного графика выстрелов операции «Теплица» . [3] : 259
Тесты UCRL [ править ]
Несмотря на скептицизм со стороны Лос-Аламоса, Эдвард Теллер по-прежнему интересовался этой концепцией, и он и Эрнест Лоуренс экспериментировали с такими устройствами в начале 1950-х годов в UCRL ( Радиационная лаборатория Калифорнийского университета , позже Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса ). Оптимизм в новой лаборатории побудил UCRL даже предложить класс такого «стрелкового оружия», использующего этот материал, назвав его «Жеодой». Устройства типа «Геода» будут представлять собой компактное оружие линейного (двухточечного) имплозионного деления с газовым наддувом, использующее полый сфероидальный металлический уран, или частично («слегка») замедленные сердечники, в которых внутренняя оболочка будет покрыта металлическим ураном или плутонием. с УД 3 [Примечание 3] производя урожай порядка 10 тыс. тонн. Приложениями для этого класса устройств могут быть тактическое ядерное оружие, а также основные средства для компактных термоядерных систем. [1] «Жеоды» были по сути предшественниками «Лебедя» и его производных (вроде приборов «Стриж» и «Ласточка»). [Примечание 4] [9] : 6
Два испытательных устройства были задействованы в 1953 году в рамках операции Апшот – Нотхол. Основной целью проектов радиационной лаборатории Калифорнийского университета было предварительное [10] : 202 нуклоническое исследование сферического заряда дейтерированного полиэтилена, содержащего дейтерид урана [11] : глава 15 в качестве кандидата термоядерного топлива для «Радиатора», раннего воплощения «Моргенштерна» . [10] : 203 Была надежда, что дейтерий расплавится (станет активной средой) в ядре вторичной обмотки, если его соответствующим образом сжать посредством радиационной имплозии. Топливо было выбрано таким образом, чтобы термоядерная программа UCRL не могла конкурировать с программой LASL по дефицитным в то время материалам, в частности литию . [Примечание 5] [10] : 24 В случае успеха эти устройства также могут привести к созданию компактной первичной обмотки, содержащей минимальное количество делящегося материала и достаточно мощной, чтобы воспламенить шомпол. [10] : 149 другой прототип ядерной бомбы Mark 22, разработанный в то время UCRL. Для первичной обмотки гидридного типа степень сжатия не приведет к плавлению дейтерия, поэтому конструкция, по сути, будет представлять собой чистое оружие деления, а не усиленное. [3] : 258 Сами устройства, испытанные в Апшот-Кнотхоле, представляли собой экспериментальные системы, а не прототипы оружия, и не предназначались для использования в качестве оружия или термоядерных основных средств. [10] : 202 Активные зоны состояли из смеси дейтерида урана (UD 3 ), [10] : 202 порошкообразный, спрессованный дейтерированным полиэтиленом. Бор не использовался. В кернах, испытанных в Upshot-Knothole, использовалась различная «смесь» (или обогащение) урана, замедленного дейтерием . [3] : 260 Прогнозируемый урожай составлял от 1,5 до 3 тыс. тонн Рут (при максимальном потенциальном вылове 20 тыс. тонн). [12] : 96 ) и 0,5-1 уз для Рэя . В ходе испытаний была произведена мощность около 200 тонн тротила каждое; оба испытания были признаны неудачными . [13]
Рут , в котором использовался дейтерий и обогащенный уран в твердой сферической яме с тампером из природного урана, был первым устройством, почти полностью разработанным в Ливерморе; он был запущен 31 марта 1953 года в 05:00 по местному времени (13:00 по Гринвичу) в Меркурии, штат Невада . Взрывное устройство «Гидрид I», [Примечание 6] использовал сборку МК-6 HE, изготовленную из состава Б и линз взрывчатого вещества Баратол, [12] : 198 XMC-305 и был предоставлен бетатрон для инициирования посредством фотоделения , [12] : 96 весил 7400 фунтов (3400 кг), имел диаметр 56 дюймов (140 см) и длину 66 дюймов (170 см). Ядерная система весила 6750 фунтов (3060 кг). Вопреки прогнозам в 1,5–3 тыс. тонн, его фактическая мощность составила всего 200 тонн. Уолли Декер, молодой инженер лаборатории, охарактеризовал звук выстрела как «хлопок». Устройству не удалось «автоматически рассекретить» свой испытательный полигон, где нижние 100 футов (30 м) испытательной башни высотой 300 футов (91 м) остались неповрежденными, средняя треть разбросана по испытательной площадке и только верхняя треть испарилась. [13]
Второе устройство, испытанное в событии Рэй , использовало дейтерий и обогащенный уран другой концентрации в твердой сферической яме. [12] : 98 Устройство получило название «Гидрид II». [Примечание 7] а еще там использовалась МК-6 фугасная сборка [12] : 198 ; он также был инициирован бетатроном XMC-305, запущенным в известное время. [12] : 96 Будучи родственным устройством «Hydride I», устройство «Hydride II» имело только другую «топливную» смесь и имело те же размеры и вес, что и испытательное устройство Рут . [12] : 96 11 апреля 1953 года он был выпущен из кабины на вершине 100-футовой (30-метровой) башни. Хотя выстрел Рэя выровнял башню, мощность составила всего лишь 220 тонн; [15] : 101 хотя он показал лучшие результаты, чем Рут , урожайность все еще составляла около десятой части прогнозируемого значения 0,5–1 тыс. тонн.
Ссылки [ править ]
- Примечания
- ↑ Несекретное имя было «Мантикора», как видно из книги Фрэнсиса, Warhead Politics .
- ^ Распределение бора-10, видимо, было более полезным, [3] : 260 и это покончило с более ранней и громоздкой схемой «Борный пузырь». [2]
- ^ отсюда и название жеоды, которые обычно состоят из сфероидальных полостей, выстланных изнутри кристаллами. [9] : 213
- ^ Все названия устройств следовали за инициалами «Стрелковое оружие». [9] : 50
- ^ Идея дешевого термоядерного топлива была реализована UCRL при разработке «Водяного котла», примитивного типа двухступенчатых термоядерных устройств и ранней концепции дизайна «Радиатора», в котором использовались тяжелые водные растворы фторида уранила . . По сути, они были переведены из LASL в UCRL, а последующие расследования экспериментов 1952 года проводились в LASL от имени Теллера и незадолго до ухода последнего из LASL в недавно созданный UCRL. [10] : 207
- ↑ Несекретное имя было «Василиск I», как видно из книги Фрэнсиса, Warhead Politics . [14]
- ↑ Несекретное имя было «Василиск II», как видно из книги Фрэнсиса, Warhead Politics .
- Цитаты
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Операция Апшот-Сучок
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Сербер, Роберт (1992). Лос-Аламосский букварь: первые лекции о том, как создать атомную бомбу .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона . Том. Я. Проверено 28 декабря 2016 г.
- ^ W48 - globalsecurity.org
- ^ Мур, Майк (июль 1994 г.). «Хорошо лежишь» . Бюллетень ученых-атомщиков . 50 (4): 2. Бибкод : 1994БуАтС..50д...2М . дои : 10.1080/00963402.1994.11456528 . Проверено 7 февраля 2010 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ходдесон, Лилиан; Пол В. Хенриксен; и др. (2004). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы Оппенгеймера, 1943–1945 (Google Книги) . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-54117-4 . Проверено 15 декабря 2008 г.
- ^ Операция Upshot-Knothole (Архив ядерного оружия)
- ^ Конант, Джеймс (1944). Результаты поездки в Лос-Анджелес, 1944 год .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона . Том. IV . Проверено 28 декабря 2016 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона . Том. III . Проверено 28 декабря 2016 г.
- ^ Херкен, Грегг (2003). Братство Бомбы .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона . Том. VII . Проверено 28 декабря 2016 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кэри Саблетт. « Операция Апшот-Кнотхол, 1953 год — Невадский полигон ». Архив ядерного оружия. Проверено 4 мая 2008 г.
- ^ страница 2 архивного списка PDF-файлов. Страница 69 политики боеголовок .
- ^ Сводный отчет технического директора по операции «Апшот-Сучок» . 1953 год . Проверено 17 февраля 2019 г.