Радиационная имплозия — это сжатие цели с помощью электромагнитного излучения высокого уровня . Основное применение этой технологии - термоядерные бомбы и исследования термоядерного синтеза с инерционным удержанием .
Радиационная имплозия была впервые разработана Клаусом Фуксом и Джоном фон Нейманом в США в рамках их работы над оригинальной конструкцией водородной бомбы «Классическая супер». Результатом их работы стал секретный патент, поданный в 1946 году и позже переданный СССР Фуксом в рамках его ядерного шпионажа . Однако их схема не была такой же, как использованная в окончательном проекте водородной бомбы, и ни американская, ни советская программы не смогли использовать ее непосредственно при разработке водородной бомбы (ее ценность станет очевидна только постфактум). . Модифицированная версия схемы Фукса-фон Неймана была включена в кадр «Джорджа» операции «Теплица» . [1]
В 1951 году Станиславу Уламу пришла в голову идея использовать гидродинамический удар ядерного оружия для сжатия большего количества расщепляющегося материала до чрезвычайно высоких плотностей, чтобы создать двухступенчатые бомбы деления мегатонной дальности. Затем он понял, что этот подход может быть полезен для запуска термоядерной реакции. Он представил идею Эдварду Теллеру , который понял, что сжатие излучения будет быстрее и эффективнее механического удара. Эта комбинация идей, а также «свечи зажигания» деления, встроенной в термоядерное топливо, стала тем, что известно как конструкция Теллера-Улама для водородной бомбы.
Большая часть энергии, выделяемой бомбой деления, находится в форме рентгеновских лучей . Спектр примерно соответствует спектру черного тела с температурой 50 000 000 К (чуть более чем в три раза выше температуры ядра Солнца ). Амплитуда может быть смоделирована как трапециевидный импульс со временем нарастания в одну микросекунду, плато в одну микросекунду и временем спада в одну микросекунду. Для бомбы деления мощностью 30 килотонн общая мощность рентгеновского излучения составит 100 тераджоулей (более 70% от общей мощности).
В бомбе Теллера-Улама взрываемый объект называется «вторичным». Он содержит термоядерный материал, такой как дейтерид лития , а его внешние слои представляют собой материал, непрозрачный для рентгеновских лучей, такой как свинец или уран-238 .
Чтобы получить рентгеновские лучи с поверхности первичной обмотки бомбы деления на поверхность вторичной обмотки, используется система «отражателей рентгеновского излучения».
Отражатель обычно представляет собой цилиндр, изготовленный из такого материала, как уран. Первичная обмотка расположена на одном конце цилиндра, а вторичная — на другом. Внутренняя часть цилиндра обычно заполнена пеной, которая в основном прозрачна для рентгеновских лучей, например полистиролом .
Термин «рефлектор» вводит в заблуждение, поскольку дает читателю представление о том, что устройство работает как зеркало . Некоторые рентгеновские лучи рассеиваются или рассеиваются, но большая часть переноса энергии происходит в два этапа: отражатель рентгеновских лучей нагревается до высокой температуры потоком первичной обмотки, а затем излучается рентгеновский луч. лучи, идущие во вторичку. Различные классифицированные методы используются для улучшения производительности процесса отражения .
Некоторые китайские документы показывают, что китайские ученые использовали другой метод для достижения радиационной имплозии. Согласно этим документам, при создании первой китайской водородной бомбы для передачи энергии от первичной обмотки к вторичной использовалась рентгеновская линза, а не отражатель. [2]
Термин «радиационная имплозия» предполагает, что вторичная обмотка разрушается радиационным давлением , и расчеты показывают, что, хотя это давление очень велико, давление материалов, испаренных радиацией, намного больше. Внешние слои вторичной обмотки становятся настолько горячими, что испаряются и отлетают от поверхности на высоких скоростях. Отдача от этого выброса поверхностного слоя создает давление, которое на порядок превышает простое радиационное давление. Поэтому так называемая радиационная имплозия в термоядерном оружии считается имплозией с абляционным приводом, вызванной радиацией .
Был большой интерес к использованию мощных лазеров для зажигания небольших количеств термоядерного материала. Этот процесс известен как термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF). В рамках этих исследований был рассекречен большой объем информации о технологии радиационной имплозии.
При использовании оптических лазеров различают системы «прямого привода» и «непрямого привода». В системе прямого привода лазерный луч(и) направляется на цель, и время нарастания лазерной системы определяет, какой профиль сжатия будет достигнут.
В системе непрямого привода цель окружена оболочкой (называемой Хольраумом ) из некоторого материала с промежуточным Z, например селена . Лазер нагревает эту оболочку до такой температуры, что она излучает рентгеновские лучи, которые затем передаются на термоядерную мишень. Косвенный привод имеет различные преимущества, в том числе лучший контроль над спектром излучения, меньший размер системы (длина волны вторичного излучения обычно в 100 раз меньше, чем у лазера-драйвера) и более точный контроль над профилем сжатия.