Проектирование ядерного оружия

Процесс, посредством которого разрабатывается и производится ядерное ОМУ

Первые ядерные взрывные устройства стали основными строительными блоками будущего оружия. На фото устройство Gadget, готовящееся к ядерному испытанию Trinity .

Конструкции ядерного оружия представляют собой физические, химические и инженерные механизмы, которые заставляют физический пакет ^[1] ядерного оружия детонировать. Существует три основных типа конструкций:

• Оружие чистого деления является самым простым, наименее технически сложным, было первым ядерным оружием, созданным Соединенными Штатами и до сих пор единственным типом, когда-либо использовавшимся в военных действиях против Японии во Второй мировой войне.
• Усиленное оружие деления увеличивает выход энергии сверх имплозивной конструкции, используя небольшое количество термоядерного топлива для усиления цепной реакции деления. Усиление может более чем удвоить выход энергии деления оружия.
• Ступенчатое термоядерное оружие представляет собой конструкцию из двух или более «ступеней», чаще всего двух. Первая ступень обычно представляет собой усиленное оружие деления, как указано выше (за исключением самого раннего термоядерного оружия, в котором вместо этого использовалось чистое оружие деления). Его детонация заставляет его интенсивно светиться рентгеновским излучением , которое освещает и взрывает вторую ступень, заполненную большим количеством термоядерного топлива. Это запускает последовательность событий, которая приводит к термоядерному или термоядерному горению. Этот процесс обеспечивает потенциальную мощность в сотни раз больше, чем у оружия деления. ^[2]

Чистое ядерное оружие было первым типом, созданным новыми ядерными державами. Крупные промышленные государства с хорошо развитыми ядерными арсеналами имеют двухступенчатое термоядерное оружие, которое является наиболее компактным, масштабируемым и экономически эффективным вариантом, как только будет создана необходимая техническая база и промышленная инфраструктура.

Большинство известных инноваций в области разработки ядерного оружия возникли в Соединенных Штатах, хотя некоторые из них были позднее независимо разработаны другими государствами. ^[3]

В ранних новостных сообщениях чистое оружие деления называлось атомными бомбами или А-бомбами , а оружие, включающее синтез, называлось водородными бомбами или Н-бомбами . Однако практики ядерной политики предпочитают термины ядерный и термоядерный соответственно.

Ядерные реакции

Ядерное деление разделяет или расщепляет более тяжелые атомы, чтобы сформировать более легкие атомы. Ядерный синтез объединяет более легкие атомы, чтобы сформировать более тяжелые атомы. Обе реакции генерируют примерно в миллион раз больше энергии, чем сопоставимые химические реакции, делая ядерные бомбы в миллион раз более мощными, чем неядерные бомбы, что было заявлено во французском патенте в мае 1939 года. ^[4]

В некотором смысле деление и синтез являются противоположными и взаимодополняющими реакциями, но особенности уникальны для каждой из них. Чтобы понять, как устроено ядерное оружие, полезно знать важные сходства и различия между делением и синтезом. В следующем объяснении используются округленные числа и приближения. ^[5]

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 больше нейтронов (для ²³⁵ U три примерно так же часто, как два; в среднем чуть менее 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 имеют скорость (кинетическую энергию), необходимую для того, чтобы вызвать новые деления в соседних ядрах урана. ^[6]

Ядро урана-235 может расщепляться многими способами, при условии, что атомные числа составляют в сумме 92, а массовые числа составляют в сумме 236 (уран-235 плюс нейтрон, вызвавший расщеп). Следующее уравнение показывает одно возможное расщепление, а именно на стронций-95 ( ⁹⁵ Sr), ксенон-139 ( ¹³⁹ Xe) и два нейтрона (n), плюс энергия: ^[7]

${\displaystyle \ {}^{235}\mathrm {U} +\mathrm {n} \longrightarrow {}^{95}\mathrm {Sr} +{}^{139}\mathrm {Xe} +2\ \mathrm {n} +180\ \mathrm {MeV} }$

Непосредственное выделение энергии на атом составляет около 180 миллионов электрон-вольт (МэВ), т. е. 74 ТДж/кг. Только 7% из этого приходится на гамма-излучение и кинетическую энергию нейтронов деления. Остальные 93% — это кинетическая энергия (или энергия движения) заряженных осколков деления, разлетающихся друг от друга, взаимно отталкивающихся положительным зарядом их протонов (38 для стронция, 54 для ксенона). Эта начальная кинетическая энергия составляет 67 ТДж/кг, что придает начальную скорость около 12 000 километров в секунду (т. е. 1,2 см в наносекунду). Высокий электрический заряд заряженных осколков вызывает множество неупругих кулоновских столкновений с близлежащими ядрами, и эти осколки остаются запертыми внутри делящейся ямы бомбы и тамперятся , пока их кинетическая энергия не преобразуется в тепло . Учитывая скорость осколков и длину свободного пробега между ядрами в сжатой тепловыделяющей сборке (для имплозивной конструкции), на это уходит около миллионной доли секунды (микросекунды), за это время ядро ​​и тампер бомбы расширяются до шара плазмы диаметром в несколько метров с температурой в десятки миллионов градусов Цельсия.

Это достаточно горячо, чтобы испускать излучение черного тела в рентгеновском спектре. Эти рентгеновские лучи поглощаются окружающим воздухом, создавая огненный шар и взрыв ядерного взрыва.

Большинство продуктов деления имеют слишком много нейтронов, чтобы быть стабильными, поэтому они радиоактивны из-за бета-распада , преобразуя нейтроны в протоны, выбрасывая бета-частицы (электроны), нейтрино и гамма-лучи. Их периоды полураспада варьируются от миллисекунд до примерно 200 000 лет. Многие распадаются на изотопы, которые сами по себе радиоактивны, поэтому для достижения стабильности может потребоваться от 1 до 6 (в среднем 3) распадов. ^[8] В реакторах радиоактивные продукты являются ядерными отходами в отработанном топливе . В бомбах они становятся радиоактивными осадками, как локальными, так и глобальными. ^[9]

Между тем, внутри взрывающейся бомбы свободные нейтроны, высвобождаемые делением, уносят около 3% начальной энергии деления. Кинетическая энергия нейтронов добавляется к энергии взрыва бомбы, но не так эффективно, как энергия заряженных осколков, поскольку нейтроны не отдают свою кинетическую энергию так быстро при столкновениях с заряженными ядрами или электронами. Доминирующий вклад нейтронов деления в мощность бомбы — это инициирование последующих делений. Более половины нейтронов покидают ядро ​​бомбы, но остальные ударяют по ядрам ²³⁵ U, заставляя их делиться в экспоненциально растущей цепной реакции (1, 2, 4, 8, 16 и т. д.). Начиная с одного атома, число делений может теоретически удвоиться сто раз за микросекунду, что может израсходовать весь уран или плутоний до сотен тонн к сототому звену в цепи. Обычно в современном оружии заряд содержит от 3,5 до 4,5 килограммов (от 7,7 до 9,9 фунтов) плутония и при детонации производит приблизительно от 5 до 10 килотонн тротила (от 21 до 42 ТДж), что соответствует делению приблизительно 0,5 килограмма (1,1 фунта) плутония. ^{[10] [11]}

Материалы, способные поддерживать цепную реакцию, называются делящимися . Два делящихся материала, используемых в ядерном оружии, это: ²³⁵ U, также известный как высокообогащенный уран (ВОУ), «oralloy», что означает «сплав Ок-Риджа», ^[12] или «25» (комбинация последней цифры атомного номера урана-235, которая равна 92, и последней цифры его массового числа, которая равна 235); и ²³⁹ Pu, также известный как плутоний-239, или «49» (от «94» и «239»). ^[13]

Самый распространенный изотоп урана, ²³⁸ U, является делящимся, но не расщепляющимся, что означает, что он не может поддерживать цепную реакцию, поскольку его дочерние нейтроны деления (в среднем) недостаточно энергичны, чтобы вызвать последующие деления ²³⁸ U. Однако нейтроны, высвобождаемые при синтезе тяжелых изотопов водорода дейтерия и трития, будут расщеплять ²³⁸ U. Эта реакция деления ²³⁸ U во внешней оболочке вторичной сборки двухступенчатой ​​термоядерной бомбы производит, безусловно, наибольшую долю выхода энергии бомбы, а также большую часть ее радиоактивных остатков.

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), так и ²³⁸ U (побочного продукта обогащения урана) позволяют экономично производить очень большие ядерные арсеналы по сравнению с чистым оружием деления, требующим дорогостоящего топлива ²³⁵ U или ²³⁹ Pu.

Слияние

Синтез производит нейтроны, которые рассеивают энергию реакции. ^[14] В оружии самая важная реакция синтеза называется реакцией DT. Используя тепло и давление деления, водород-2 или дейтерий ( ^2D ), сливается с водородом-3 или тритием ( ^3T ), образуя гелий-4 ( ^4He ) плюс один нейтрон (n) и энергию: ^[15]

${\displaystyle {}^{2}\mathrm {D} +{}^{3}\mathrm {T} \longrightarrow {}^{4}\mathrm {He} +n+17.6\ \mathrm {MeV} }$

Общий выход энергии, 17,6 МэВ, составляет одну десятую от того, что происходит при делении, но ингредиенты имеют только одну пятидесятую от массы, поэтому выход энергии на единицу массы примерно в пять раз больше. В этой реакции синтеза 14 из 17,6 МэВ (80% энергии, высвобождаемой в реакции) проявляется как кинетическая энергия нейтрона, который, не имея электрического заряда и будучи почти таким же массивным, как ядра водорода, которые его создали, может покинуть место действия, не оставляя своей энергии для поддержания реакции – или для генерации рентгеновских лучей для взрыва и огня. ^{[ необходима цитата ]}

Единственный практический способ захватить большую часть энергии синтеза — запереть нейтроны внутри массивной бутылки из тяжелого материала, такого как свинец, уран или плутоний. Если нейтрон с энергией 14 МэВ захвачен ураном (любого изотопа; энергия 14 МэВ достаточно высока для деления как ²³⁵ U, так и ²³⁸ U) или плутонием, результатом будет деление и высвобождение 180 МэВ энергии деления, что десятикратно увеличивает выход энергии. ^{[ требуется цитата ]}

Для использования в качестве оружия деление необходимо для начала синтеза, помогает поддерживать синтез, захватывает и умножает энергию, переносимую нейтронами синтеза. В случае нейтронной бомбы (см. ниже) последний упомянутый фактор не применяется, поскольку цель состоит в том, чтобы облегчить выход нейтронов, а не использовать их для увеличения грубой мощности оружия. ^{[ необходима цитата ]}

Производство трития

Основная ядерная реакция — это та, которая создает тритий , или водород-3. Тритий используется двумя способами. Во-первых, чистый тритийный газ производится для размещения внутри сердечников усиленных устройств деления с целью увеличения их энергетической отдачи. Это особенно актуально для первичных звеньев деления термоядерного оружия. Второй способ является косвенным и использует тот факт, что нейтроны, испускаемые сверхкритической «свечой зажигания» деления во вторичной сборке двухступенчатой ​​термоядерной бомбы, будут производить тритий in situ , когда эти нейтроны сталкиваются с ядрами лития в топливе бомбы из дейтерида лития.

Элементарный газообразный тритий для первичного деления также производится путем бомбардировки лития-6 ( ⁶ Li) нейтронами (n), только в ядерном реакторе. Эта нейтронная бомбардировка приведет к расщеплению ядра лития-6, производя альфа-частицу, или гелий -4 ( ⁴ He), плюс тритон ( ³ T) и энергию: ^[15]

${\displaystyle {}^{6}\mathrm {Li} +n\longrightarrow {}^{4}\mathrm {He} +{}^{3}\mathrm {T} +5\ \mathrm {MeV} }$

Но как было обнаружено в первом испытании этого типа устройства, Castle Bravo , при наличии лития-7 также наблюдаются некоторые количества следующих двух чистых реакций:

⁷ Li + ¹ n → ³ T + ⁴ He + ¹ n

⁷ Li + ² H → 2 ⁴ He + ¹ n + 15,123 МэВ

Большая часть лития представлена ^​​7 Li, и это дало Castle Bravo выход в 2,5 раза больше, чем ожидалось. ^[16]

Нейтроны поставляются ядерным реактором аналогично производству плутония ²³⁹ Pu из исходного сырья ²³⁸ U: стержни-мишени из исходного сырья ⁶ Li располагаются вокруг ядра, работающего на уране, и удаляются для переработки после того, как будет подсчитано, что большая часть ядер лития трансмутирована в тритий.

Из четырех основных типов ядерного оружия, первый, чистое деление, использует первую из трех ядерных реакций, указанных выше. Второй, усиленное синтезом деление, использует первые две. Третий, двухступенчатый термоядерный, использует все три.

Чистое ядерное оружие

Trinity - Gadget стал первым в истории взорванным устройством, работающим на чистом ядерном делении, с предполагаемой мощностью 25 килотонн.

Первой задачей конструкции ядерного оружия является быстрая сборка сверхкритической массы делящегося (оружейного качества) урана или плутония. Сверхкритическая масса — это масса, в которой процент нейтронов, образующихся при делении и захваченных другими соседними делящимися ядрами, достаточно велик, чтобы каждое событие деления в среднем вызывало более одного последующего события деления. Нейтроны, высвобождаемые первыми событиями деления, вызывают последующие события деления с экспоненциально ускоряющейся скоростью. Каждое последующее деление продолжает последовательность этих реакций, которая проходит по всей сверхкритической массе ядер топлива. Этот процесс задуман и описан в разговорной речи как ядерная цепная реакция .

Чтобы запустить цепную реакцию в сверхкритической сборке, необходимо ввести по крайней мере один свободный нейтрон и столкнуться с делящимся топливным ядром. Нейтрон присоединяется к ядру (технически это событие синтеза) и дестабилизирует ядро, которое взрывается на два ядерных фрагмента средней массы (из-за разрыва сильной ядерной силы, удерживающей вместе взаимно отталкивающиеся протоны), а также два или три свободных нейтрона. Они разбегаются и сталкиваются с соседними топливными ядрами. Этот процесс повторяется снова и снова, пока топливная сборка не станет субкритической (из-за теплового расширения), после чего цепная реакция останавливается, потому что дочерние нейтроны больше не могут найти новые топливные ядра для удара, прежде чем покинуть менее плотную топливную массу. Каждое последующее событие деления в цепочке примерно удваивает популяцию нейтронов (чистую, после потерь из-за того, что некоторые нейтроны покидают топливную массу, а другие сталкиваются с любыми присутствующими нетопливными примесными ядрами).

Для метода сборки пушки (см. ниже) формирования сверхкритической массы, само топливо может быть использовано для инициирования цепной реакции. Это связано с тем, что даже лучший оружейный уран содержит значительное количество ядер ²³⁸ U. Они подвержены спонтанным событиям деления , которые происходят случайным образом (это квантово-механическое явление). Поскольку делящийся материал в собранной пушкой критической массе не сжат, конструкция должна только гарантировать, что две подкритические массы остаются достаточно близко друг к другу достаточно долго, чтобы произошло спонтанное деление ²³⁸ U, пока оружие находится вблизи цели. Это несложно организовать, поскольку для этого требуется всего лишь секунда или две в типичной топливной массе. (Тем не менее, многие такие бомбы, предназначенные для доставки по воздуху (гравитационная бомба, артиллерийский снаряд или ракета), используют инжектированные нейтроны для получения более точного контроля над точной высотой детонации, что важно для разрушительной эффективности воздушных взрывов.)

Это условие спонтанного деления подчеркивает необходимость очень быстрой сборки сверхкритической массы топлива. Время, необходимое для этого, называется критическим временем ввода оружия . Если бы спонтанное деление произошло, когда сверхкритическая масса была собрана лишь частично, цепная реакция началась бы преждевременно. Потери нейтронов через пустоту между двумя докритическими массами (сборка пушки) или пустоты между не полностью сжатыми ядрами топлива (сборка имплозии) лишили бы бомбу необходимого количества актов деления для достижения полной проектной мощности. Кроме того, тепло, возникающее в результате делений, которые действительно происходят, будет работать против непрерывной сборки сверхкритической массы из-за теплового расширения топлива. Этот сбой называется преддетонацией . Возникающий в результате взрыв инженеры-бомбостроители и пользователи оружия назвали бы «шипением». Высокая скорость спонтанного деления плутония делает урановое топливо необходимым для бомб, собираемых с помощью пушки, поскольку для их установки требуется гораздо больше времени и гораздо большая масса топлива (из-за отсутствия сжатия топлива).

Есть еще один источник свободных нейтронов, которые могут испортить взрыв деления. Все ядра урана и плутония имеют режим распада, который приводит к появлению энергичных альфа-частиц . Если топливная масса содержит примесные элементы с низким атомным номером (Z), эти заряженные альфа-частицы могут проникать через кулоновский барьер этих примесных ядер и подвергаться реакции, которая дает свободный нейтрон. Скорость испускания альфа-частиц делящимися ядрами в один-два миллиона раз выше, чем при спонтанном делении, поэтому инженеры-оружейники стараются использовать топливо высокой чистоты.

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

Для конструкции с имплозионной сборкой, как только критическая масса собрана до максимальной плотности, необходимо подать всплеск нейтронов, чтобы начать цепную реакцию. Раннее оружие использовало модулированный нейтронный генератор под кодовым названием « Urchin » внутри ямы, содержащей полоний -210 и бериллий, разделенные тонким барьером. Имплозия ямы сдавливает нейтронный генератор, смешивая два металла, тем самым позволяя альфа-частицам из полония взаимодействовать с бериллием, производя свободные нейтроны. В современном оружии нейтронный генератор представляет собой высоковольтную вакуумную трубку, содержащую ускоритель частиц , который бомбардирует дейтерий/тритий-металлгидридную мишень ионами дейтерия и трития . Получающийся в результате мелкомасштабный синтез производит нейтроны в защищенном месте за пределами физического пакета, из которого они проникают в яму. Этот метод позволяет лучше рассчитать время первых событий деления в цепной реакции, которые в оптимальном случае должны происходить в точке максимального сжатия/сверхкритичности. Время инжекции нейтронов является более важным параметром, чем количество инжектированных нейтронов: первые поколения цепной реакции гораздо более эффективны из-за экспоненциальной функции, по которой происходит размножение нейтронов.

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

Чтобы избежать преждевременной цепной реакции во время обращения, расщепляющийся материал в оружии должен поддерживаться в подкритическом состоянии. Он может состоять из одного или нескольких компонентов, содержащих менее одной несжатой критической массы каждый. Тонкая полая оболочка может иметь критическую массу, превышающую критическое значение голой сферы, как и цилиндр, который может быть сколь угодно длинным, не достигая критичности. Другой метод снижения риска критичности заключается во включении материала с большим поперечным сечением для захвата нейтронов, такого как бор (в частности, ¹⁰ B, содержащий 20% природного бора). Естественно, этот поглотитель нейтронов должен быть удален до того, как оружие будет взорвано. Это легко сделать для бомбы, собранной с помощью пушки: масса снаряда просто выталкивает поглотитель из пустоты между двумя подкритическими массами силой своего движения.

Использование плутония влияет на конструкцию оружия из-за его высокой скорости альфа-излучения. Это приводит к тому, что металл Pu спонтанно выделяет значительное количество тепла; масса в 5 килограммов производит 9,68 Вт тепловой мощности. Такой кусок будет теплым на ощупь, что не является проблемой, если это тепло быстро рассеивается и не позволяет ему повышать температуру. Но это проблема внутри ядерной бомбы. По этой причине бомбы, использующие топливо Pu, используют алюминиевые детали для отвода избыточного тепла, и это усложняет конструкцию бомбы, поскольку Al не играет активной роли в процессах взрыва.

Тампер — это необязательный слой плотного материала, окружающий делящийся материал. Благодаря своей инерции он задерживает тепловое расширение делящейся топливной массы, дольше сохраняя ее сверхкритической. Часто ^{[ когда? ]} один и тот же слой служит и тампером, и отражателем нейтронов.

Сборка пистолетного типа

Схема ядерного оружия пушечного типа

Little Boy , бомба Хиросимы, использовала 64 кг (141 фунт) урана со средним обогащением около 80%, или 51 кг (112 фунтов) урана-235, что примерно соответствует критической массе чистого металла (см. статью Little Boy для подробного чертежа) . При сборке внутри тампера/отражателя из карбида вольфрама 64 кг (141 фунт) имели массу, превышающую критическую более чем в два раза. Перед детонацией уран-235 был сформирован в два докритических куска, один из которых позже был выпущен в ствол пушки, чтобы присоединиться к другому, начав ядерный взрыв. Анализ показывает, что менее 2% массы урана подверглось делению; ^[17] остаток, представляющий большую часть всего военного производства гигантских заводов Y-12 в Оук-Ридже, бесполезно рассеялся. ^[18]

Неэффективность была вызвана скоростью, с которой несжатый делящийся уран расширялся и становился подкритическим в силу уменьшения плотности. Несмотря на свою неэффективность, эта конструкция, из-за своей формы, была адаптирована для использования в цилиндрических артиллерийских снарядах малого диаметра (боеголовка пушечного типа, выстреливаемая из ствола гораздо более крупного орудия). ^{[ необходима цитата ]} Такие боеголовки были развернуты Соединенными Штатами до 1992 года, составляя значительную часть ²³⁵ U в арсенале ^{[ необходима цитата ]} , и были одними из первых видов оружия, демонтированных для соблюдения договоров, ограничивающих количество боеголовок. ^{[ необходима цитата ]} Обоснованием этого решения, несомненно, было сочетание меньшей мощности и серьезных проблем безопасности, связанных с конструкцией пушечного типа. ^{[ необходима цитата ]}

Имплозивный тип

Для обоих устройств Trinity и бомбы Fat Man (Нагасаки) использовались почти идентичные конструкции деления плутония посредством имплозии. Устройство Fat Man специально использовало 6,2 кг (14 фунтов), около 350 мл или 12 жидких унций США по объему, Pu-239 , что составляет всего 41% от критической массы голой сферы (см. статью Fat Man для подробного чертежа) . Окруженная отражателем /тампером U-238 , яма Fat Man была доведена до критической массы близкой к нейтронно-отражающим свойствам U-238. Во время детонации критичность достигалась путем имплозии. Плутониевая яма была сжата для увеличения ее плотности путем одновременной детонации, как и при испытательной детонации "Trinity" тремя неделями ранее, обычных взрывчатых веществ, равномерно размещенных вокруг ямы. Взрывчатка была взорвана несколькими взрывающимися мостиковыми детонаторами . По оценкам, только около 20% плутония подверглось делению; остальная часть, около 5 кг (11 фунтов), была рассеяна.

Имплозивная ударная волна может быть настолько короткой продолжительности, что только часть ямы сжимается в любой момент, когда волна проходит через нее. Чтобы предотвратить это, может потребоваться толкающая оболочка. Толкатель расположен между взрывной линзой и тампером. Он работает, отражая часть ударной волны назад, тем самым увеличивая ее продолжительность. Он сделан из металла с низкой плотностью , такого как алюминий , бериллий или сплав этих двух металлов (алюминий легче и безопаснее формировать, и он на два порядка дешевле; бериллий обладает высокой способностью отражать нейтроны). Толстяк использовал алюминиевый толкатель.

Серия испытаний концепций имплозивного оружия деления в рамках эксперимента RaLa , проводившихся с июля 1944 года по февраль 1945 года в Лос-Аламосской лаборатории и на удаленном объекте в 14,3 км (8,9 миль) к востоку от нее в каньоне Байо, доказала практичность имплозивного дизайна для устройства деления, а испытания в феврале 1945 года положительно определили его пригодность для окончательного проекта имплозивного плутония Trinity/Fat Man. ^[19]

Ключом к большей эффективности Fat Man был внутренний импульс массивного тампера U-238. (Природный урановый тампер не подвергался делению от тепловых нейтронов, но вносил, возможно, 20% от общего выхода от деления быстрыми нейтронами). После того, как цепная реакция началась в плутонии, она продолжалась до тех пор, пока взрыв не обратил вспять импульс имплозии и не расширился достаточно, чтобы остановить цепную реакцию. Удерживая все вместе еще несколько сотен наносекунд, тампер увеличивал эффективность.

Плутониевая яма

Рентгеновские снимки сходящихся ударных волн, образовавшихся во время испытания системы линз для взрывчатых веществ.

Ядро имплозивного оружия – делящийся материал и любой отражатель или тампер, связанный с ним – известно как пит . Некоторые виды оружия, испытанные в 1950-х годах, использовали питы, изготовленные только из U-235 или в составе с плутонием , ^[20] но питы из всего плутония имеют наименьший диаметр и являются стандартом с начала 1960-х годов. ^{[ требуется цитата ]}

Литье и последующая обработка плутония сложны не только из-за его токсичности, но и потому, что плутоний имеет много различных металлических фаз . По мере охлаждения плутония изменения в фазе приводят к искажению и растрескиванию. Это искажение обычно преодолевается путем легирования его 30–35 мМоль (0,9–1,0% по весу) галлия , образуя сплав плутония с галлием , который заставляет его принимать свою дельта-фазу в широком диапазоне температур. ^[21] При охлаждении из расплавленного состояния он затем имеет только одно изменение фазы, от эпсилон до дельта, вместо четырех изменений, которые он в противном случае прошел бы. Другие трехвалентные металлы также подойдут, но галлий имеет небольшое сечение поглощения нейтронов и помогает защитить плутоний от коррозии . Недостатком является то, что соединения галлия являются едкими, и поэтому, если плутоний извлекается из демонтированного оружия для преобразования в диоксид плутония для энергетических реакторов , возникают трудности с удалением галлия. ^{[ необходима ссылка ]}

Поскольку плутоний химически активен, принято покрывать готовую яму тонким слоем инертного металла, что также снижает токсическую опасность. ^[22] В устройстве использовалось гальваническое серебряное покрытие; затем использовался никель , осажденный из паров тетракарбонила никеля , ^[22] но с тех пор и по сей день предпочтительным материалом стало золото . ^{[ требуется цитата ]} В последних разработках безопасность повышается за счет покрытия ям ванадием , что делает их более огнестойкими. ^{[ требуется цитата ]}

Имплозия левитирующей ямы

Серия испытаний ядерного оружия в Сэндстоуне в 1948 году доказала возможность повышения эффективности использования метода левитирующей шахты.

Первым усовершенствованием конструкции Fat Man было создание воздушного пространства между тампером и ямой для создания удара молотком по гвоздю. Яма, поддерживаемая полым конусом внутри полости тампера, как говорили, «левитировала». Три испытания Operation Sandstone в 1948 году использовали конструкции Fat Man с левитирующими ямами. Наибольшая мощность составила 49 килотонн, что более чем в два раза превышало мощность нелевитировавшего Fat Man. ^[23]

Сразу стало ясно ^{[ по мнению кого? ]} , что имплозия — лучшая конструкция для ядерного оружия. Единственным его недостатком, похоже, был диаметр. Ширина Толстяка составляла 1,5 метра (5 футов), а у Малыша — 61 сантиметр (2 фута).

Диаметр ямы Pu-239 в Fat Man составлял всего 9,1 см (3,6 дюйма), что соответствует размеру мяча для софтбола. Основную часть обхвата Fat Man составлял имплозионный механизм, а именно концентрические слои U-238, алюминия и взрывчатых веществ. Ключом к уменьшению этого обхвата была двухточечная имплозивная конструкция. ^{[ необходима цитата ]}

Двухточечная линейная имплозия

В двухточечной линейной имплозии ядерное топливо отливается в твердую форму и помещается в центр цилиндра из взрывчатого вещества. Детонаторы размещаются на обоих концах взрывчатого цилиндра, а пластинчатая вставка, или формирователь , помещается во взрывчатое вещество прямо внутри детонаторов. Когда детонаторы срабатывают, начальная детонация захватывается между формирователем и концом цилиндра, заставляя ее распространяться к краям формирователя, где она дифрагирует по краям в основную массу взрывчатого вещества. Это заставляет детонацию формироваться в кольцо, которое движется внутрь от формирователя. ^[24]

Из-за отсутствия тампера или линз для формирования прогрессии детонация не достигает ямки в сферической форме. Чтобы произвести желаемую сферическую имплозию, сам расщепляющийся материал формируется так, чтобы производить тот же эффект. Из-за физики распространения ударной волны внутри взрывчатой ​​массы, это требует, чтобы ямка была вытянутым сфероидом , то есть имела примерно яйцевидную форму. Ударная волна сначала достигает ямки на ее кончиках, загоняя их внутрь и заставляя массу стать сферической. Удар может также изменить плутоний из дельта-фазы в альфа-фазу, увеличивая его плотность на 23%, но без внутреннего импульса истинной имплозии. ^{[ необходима цитата ]}

Отсутствие сжатия делает такие конструкции неэффективными, но простота и малый диаметр делают их пригодными для использования в артиллерийских снарядах и атомных фугасных боеприпасах (ADM), также известных как ранцевые или чемоданные ядерные бомбы ; примером является артиллерийский снаряд W48 , самое маленькое ядерное оружие, когда-либо созданное или развернутое. Все такие маломощные боевые орудия, будь то конструкции пушечного типа U-235 или конструкции линейного имплозивного Pu-239, платят высокую цену в виде расщепляющегося материала для достижения диаметров от шести до десяти дюймов (от 15 до 25 см). ^{[ необходима цитата ]}

Полая имплозия

Более эффективная система имплозии использует полую яму. ^{[ необходима цитата ]}

Первоначальным планом для бомбы Fat Man 1945 года была полая плутониевая яма, но времени на разработку и испытание системы ее имплозии не хватило. Более простая конструкция с твердой ямой считалась более надежной, учитывая ограничения по времени, но для нее требовался тяжелый тампер U-238, толстый алюминиевый толкатель и три тонны взрывчатых веществ. ^{[ необходима цитата ]}

После войны интерес к конструкции с полой ямой возродился. Ее очевидное преимущество в том, что полая оболочка из плутония, деформированная ударом и вдавленная внутрь к своему пустому центру, будет передавать импульс в ее сильную сборку в виде твердой сферы. Она будет самозабивающейся, требуя меньшего тампера U-238, никакого алюминиевого толкателя и меньшего количества взрывчатого вещества. ^{[ необходима цитата ]}

Деление, усиленное термоядерным синтезом

Предметом серии испытаний «Парниковый» стало первое ядерное оружейное устройство, достигшее мощности с использованием принципов усиления.

Следующим шагом в миниатюризации было ускорение деления питы для уменьшения минимального времени инерционного удержания. Это позволило бы эффективно делить 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 добавление реакции синтеза было относительно простым в случае полой питы. ^{[ необходима цитата ]}

Самая простая реакция синтеза достигается в смеси трития и дейтерия 50 на 50. ^[25] Для экспериментов по термоядерной энергии эта смесь должна выдерживаться при высоких температурах в течение относительно длительного времени, чтобы реакция была эффективной. Однако для взрывного использования цель состоит не в том, чтобы произвести эффективный синтез, а просто в том, чтобы обеспечить дополнительные нейтроны на ранней стадии процесса. ^{[ требуется цитирование ]} Поскольку ядерный взрыв является сверхкритическим, любые дополнительные нейтроны будут умножены цепной реакцией, поэтому даже небольшие количества, введенные на ранней стадии, могут оказать большое влияние на результат. По этой причине даже относительно низкие давления сжатия и время (в терминах термоядерного синтеза), обнаруженные в центре полой боеголовки, достаточны для создания желаемого эффекта. ^{[ требуется цитирование ]}

В усиленной конструкции термоядерное топливо в виде газа закачивается в пит во время взведения. Он будет синтезироваться в гелий и высвобождать свободные нейтроны вскоре после начала деления. ^{[ требуется ссылка ]} Нейтроны начнут большое количество новых цепных реакций, пока пит все еще будет критическим или почти критическим. Как только полый пит будет усовершенствован, нет особых причин не усиливать его; дейтерий и тритий легко производятся в небольших необходимых количествах, а технические аспекты тривиальны. ^[25]

Концепция деления, усиленного термоядерным синтезом, была впервые испытана 25 мая 1951 года в ходе операции « Парник» на Эниветоке с мощностью 45,5 килотонн. ^{[ необходима цитата ]}

Ускорение уменьшает диаметр тремя способами, и все это является результатом более быстрого деления:

• Поскольку сжатую яму не нужно удерживать вместе так долго, массивный тампер U-238 можно заменить легкой бериллиевой оболочкой (чтобы отражать выходящие нейтроны обратно в яму). Диаметр уменьшается. ^{[ необходима цитата ]}
• Масса косточки может быть уменьшена вдвое, без снижения урожайности. Диаметр снова уменьшается. ^{[ необходима цитата ]}
• Поскольку масса взрываемого металла (трамбовка плюс ямка) уменьшается, требуется меньший заряд взрывчатого вещества, что еще больше уменьшает диаметр. ^{[ необходима цитата ]}

^{[ необходима ссылка ]}

Первым устройством, размеры которого предполагают использование всех этих особенностей (двухточечный, полой ямы, имплозия с термоядерным усилением), было устройство Swan . Оно имело цилиндрическую форму диаметром 29 см (11,6 дюйма) и длиной 58 см (22,8 дюйма). ^{[ необходима цитата ]}

Сначала он был испытан автономно, а затем в качестве первичного элемента двухступенчатого термоядерного устройства во время операции Redwing . Он был использован в качестве первичного элемента Robin и стал первым готовым к использованию, многоцелевым первичным элементом и прототипом для всего, что последовало. ^{[ необходима цитата ]}

После успеха Swan, 28 или 30 сантиметров (11 или 12 дюймов) стали, по-видимому, стандартным диаметром усиленных одноступенчатых устройств, испытанных в 1950-х годах. ^{[ необходима цитата ]} Длина обычно была в два раза больше диаметра, но одно такое устройство, которое стало боеголовкой W54 , было ближе к сфере, всего 38 сантиметров (15 дюймов) в длину.

Одним из применений W54 был безоткатный винтовочный снаряд Davy Crockett XM-388 . Он имел размер всего 28 сантиметров (11 дюймов) и показан здесь в сравнении со своим предшественником Fat Man (150 сантиметров или 60 дюймов).

Еще одним преимуществом усиления, помимо уменьшения размеров оружия, его легкости и уменьшения количества делящегося материала для заданной мощности, является то, что оно делает оружие невосприимчивым к преждевременной детонации. ^{[ требуется цитата ]} В середине 1950-х годов было обнаружено, что плутониевые сердечники будут особенно восприимчивы к частичной преждевременной детонации , если подвергнутся воздействию интенсивного излучения близлежащего ядерного взрыва (электроника также может быть повреждена, но это отдельная проблема). ^{[ требуется цитата ]} RI была особой проблемой до появления эффективных радиолокационных систем раннего оповещения , поскольку атака первым ударом может сделать ответное оружие бесполезным. Усиление уменьшает количество плутония, необходимое в оружии, до уровня ниже количества, которое будет уязвимо для этого эффекта. ^{[ требуется цитата ]}

Двухступенчатая термоядерная

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

Оружие деления или деления с усилением за счет синтеза может производить сотни килотонн, что потребует больших затрат на расщепляющийся материал и тритий, но на сегодняшний день наиболее эффективным способом увеличения мощности ядерного оружия свыше десяти или около того килотонн является добавление второй независимой ступени, называемой вторичной. ^{[ необходима ссылка ]}

В 1940-х годах разработчики бомбы в Лос-Аламосе думали, что вторичным будет контейнер с дейтерием в сжиженной или гидридной форме. Реакция синтеза будет DD, ее сложнее достичь, чем DT, но она более доступна. Бомба деления на одном конце будет сжимать и нагревать ближний конец, и синтез будет распространяться через контейнер к дальнему концу. Математическое моделирование показало, что это не сработает, даже с большим количеством добавленного дорогостоящего трития. ^{[ необходима цитата ]}

Весь контейнер с термоядерным топливом должен был быть окутан энергией деления, чтобы сжимать и нагревать его, как в случае с зарядом усилителя в усиленном первичном. Прорыв в проектировании произошел в январе 1951 года, когда Эдвард Теллер и Станислав Улам изобрели радиационную имплозию — в течение почти трех десятилетий известную только как секрет водородной бомбы Теллера-Улама . ^{[26] [27]}

Концепция радиационной имплозии была впервые испытана 9 мая 1951 года в ходе взрыва Джорджа в ходе операции «Парник» , Эниветок, мощность 225 килотонн. Первое полное испытание состоялось 1 ноября 1952 года, в ходе взрыва Майка в ходе операции «Плющ» , Эниветок, мощность 10,4 мегатонн. ^{[ необходима цитата ]}

При радиационной имплозии всплеск рентгеновской энергии, исходящий от взрывающейся первичной обмотки, захватывается и удерживается в радиационном канале с непрозрачными стенками, который окружает ядерные энергетические компоненты вторичной обмотки. Излучение быстро превращает пластиковую пену, заполнявшую канал, в плазму, которая в основном прозрачна для рентгеновских лучей, и излучение поглощается в самых внешних слоях толкателя/тампера, окружающего вторичную обмотку, который абляционно прикладывает огромную силу ^[28] (подобно вывернутому наизнанку ракетному двигателю), заставляя капсулу с термоядерным топливом взрываться так же, как и яма первичной обмотки. Когда вторичная обмотка взрывается, делящаяся «свеча зажигания» в ее центре воспламеняется и выделяет нейтроны и тепло, которые позволяют термоядерному топливу на основе дейтерида лития производить тритий и также воспламеняться. Цепные реакции деления и синтеза обмениваются нейтронами друг с другом и повышают эффективность обеих реакций. Большая имплозивная сила, повышенная эффективность делящейся «свечи зажигания» за счет усиления нейтронами синтеза и сам взрыв синтеза обеспечивают значительно большую взрывную мощность вторичного заряда, несмотря на то, что он часто не намного больше первичного. ^{[ необходима цитата ]}

Последовательность срабатывания механизма абляции.

1. Боеголовка перед выстрелом. Вложенные сферы вверху — это первичное устройство деления; цилиндры внизу — вторичное устройство синтеза.
2. Взрывчатка первичного реактора сдетонировала и разрушила делящийся реактор первичного реактора .
3. Реакция деления первичного реактора завершилась, и теперь первичный реактор имеет температуру в несколько миллионов градусов и излучает гамма- и жесткое рентгеновское излучение, нагревая внутреннюю часть хольраума , щит и тампер вторичного реактора.
4. Реакция первичной обмотки закончилась, и она расширилась. Поверхность толкателя вторичной обмотки теперь настолько горячая, что она также аблируется или расширяется, толкая остальную часть вторичной обмотки (тампер, термоядерное топливо и делящуюся свечу зажигания) внутрь. Свеча зажигания начинает делиться. Не показано: корпус излучения также аблируется и расширяется наружу (опущен для ясности диаграммы).
5. Топливо вторичной обмотки начало термоядерную реакцию и вскоре сгорит. Начинает формироваться огненный шар.

Например, для испытания Redwing Mohawk 3 июля 1956 года вторичная обмотка под названием Flute была присоединена к первичной обмотке Swan. Flute была 38 сантиметров (15 дюймов) в диаметре и 59 сантиметров (23,4 дюйма) в длину, примерно как Swan. Но она весила в десять раз больше и выдавала в 24 раза больше энергии (355 килотонн против 15 килотонн). ^{[ необходима цитата ]}

Не менее важно, что активные ингредиенты во Флейте, вероятно, стоили не дороже, чем в Лебеде. 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. ^{[ необходима цитата ]}

Сферическая вторичная часть может достигать более высокой плотности имплозии, чем цилиндрическая вторичная часть, поскольку сферическая имплозия толкает со всех сторон к одному и тому же месту. Однако в боеголовках мощностью более одной мегатонны диаметр сферической вторичной части будет слишком большим для большинства применений. Цилиндрическая вторичная часть необходима в таких случаях. Небольшие конусообразные боеголовки в баллистических ракетах с несколькими боеголовками после 1970 года, как правило, имели боеголовки со сферическими вторичными частями и мощностью в несколько сотен килотонн. ^{[ необходима цитата ]}

Как и в случае с ускорением, преимущества двухступенчатой ​​термоядерной конструкции настолько велики, что нет никаких стимулов не использовать ее, как только страна освоит эту технологию. ^{[ необходима цитата ]}

С инженерной точки зрения радиационная имплозия позволяет использовать несколько известных свойств материалов ядерной бомбы, которые до сих пор не нашли практического применения. Например:

• Оптимальный способ хранения дейтерия в достаточно плотном состоянии — это химическое связывание его с литием в виде дейтерида лития. Но изотоп лития-6 также является сырьем для производства трития, а взрывающаяся бомба — это ядерный реактор. Радиационная имплозия будет удерживать все вместе достаточно долго, чтобы обеспечить полное превращение лития-6 в тритий, пока бомба взрывается. Таким образом, связующее вещество для дейтерия позволяет использовать реакцию синтеза DT без хранения какого-либо предварительно изготовленного трития во вторичном контуре. Ограничение на производство трития исчезает. ^{[ необходима цитата ]}
• Чтобы вторичный элемент был взорван горячей, вызванной излучением плазмой, окружающей его, он должен оставаться холодным в течение первой микросекунды, т. е. он должен быть заключен в массивный радиационный (тепловой) экран. Массивность экрана позволяет ему также выполнять функцию тампера, добавляя импульс и продолжительность взрыву. Ни один материал не подходит лучше для обеих этих задач, чем обычный, дешевый уран-238, который также подвергается делению при ударе нейтронов, полученных в результате DT-синтеза. Таким образом, эта оболочка, называемая толкателем, имеет три функции: поддерживать вторичный элемент холодным; удерживать его, инерционно, в сильно сжатом состоянии; и, наконец, служить главным источником энергии для всей бомбы. Расходуемый толкатель делает бомбу скорее бомбой деления урана, чем бомбой термоядерного синтеза водорода. Инсайдеры никогда не использовали термин «водородная бомба». ^[29]
• Наконец, тепло для воспламенения синтеза поступает не от первичной, а от второй бомбы деления, называемой свечой зажигания, встроенной в сердце вторичной. Взрыв вторичной обмотки взрывает эту свечу зажигания, детонируя ее и зажигая синтез в материале вокруг нее, но затем свеча зажигания продолжает делиться в богатой нейтронами среде, пока она полностью не сгорит, значительно увеличивая выход. ^[30]

За последующие пятьдесят лет никто не придумал более эффективного способа создания термоядерной бомбы. Это конструкция, которую выбрали Соединенные Штаты, Россия, Великобритания, Китай и Франция, пять термоядерных держав. 3 сентября 2017 года Северная Корея провела то, что она назвала своим первым испытанием «двухступенчатого термоядерного оружия». ^[31] По словам доктора Теодора Тейлора , после изучения просочившихся фотографий разобранных компонентов оружия, сделанных до 1986 года, Израиль обладал усиленным оружием и ему потребовались бы суперкомпьютеры той эпохи, чтобы продвинуться дальше к полноценному двухступенчатому оружию в мегатонном диапазоне без испытательных ядерных взрывов. ^[32] Другие ядерные державы, Индия и Пакистан, вероятно, имеют одноступенчатое оружие, возможно, усиленное. ^[30]

Межстадийный

В двухступенчатом термоядерном оружии энергия первичной ступени воздействует на вторичную. Необходимый ^{[ требуется цитата ]} модулятор передачи энергии, называемый промежуточной ступенью, между первичной и вторичной ступенью, защищает термоядерное топливо вторичной ступени от слишком быстрого нагрева, что может привести к его взрыву обычным (и небольшим) тепловым взрывом до того, как реакции синтеза и деления получат возможность начаться. ^{[ требуется цитата ]}

В открытой литературе очень мало информации о механизме промежуточной ступени. ^{[ требуется ссылка ]} Первое упоминание о ней в официально опубликованном правительственном документе США, по-видимому, было подписью к графике, рекламирующей программу надежной замены боеголовок в 2007 году. Если эта новая конструкция будет построена, она заменит «токсичный, хрупкий материал» и «дорогой „специальный“ материал» в промежуточной ступени. ^[33] Это утверждение предполагает, что промежуточная ступень может содержать бериллий для смягчения потока нейтронов из первичной ступени, и, возможно, что-то для поглощения и повторного излучения рентгеновских лучей определенным образом. ^[34] Также есть некоторые предположения, что этот промежуточный материал, который может иметь кодовое название Fogbank , может быть аэрогелем , возможно, легированным бериллием и/или другими веществами. ^{[35] [36]}

Промежуточный и вторичный каскады заключены вместе в мембрану из нержавеющей стали, образуя консервированную сборку (CSA), компоновка, которая никогда не была изображена ни на одном чертеже с открытым исходным кодом. ^[37] Наиболее подробная иллюстрация промежуточного каскада показывает британское термоядерное оружие с группой элементов между его первичным и цилиндрическим вторичным каскадом. Они помечены как «концевая крышка и линза фокусировки нейтронов», «лафет отражателя/нейтронной пушки» и «обертка отражателя». Происхождение чертежа, размещенного в Интернете организацией Greenpeace, неизвестно, и нет никаких сопутствующих объяснений. ^[38]

Конкретные конструкции

Хотя каждая конструкция ядерного оружия попадает в одну из вышеперечисленных категорий, отдельные конструкции время от времени становились предметом новостных сообщений и публичных обсуждений, часто с неверными описаниями того, как они работают и что они делают. Примеры:

Будильник/Слойка

Castle- Union , 6,9 мегатонн.

Первой попыткой использовать симбиотическую связь между делением и синтезом была конструкция 1940-х годов, которая смешивала топливо деления и синтеза в чередующихся тонких слоях. Как одноступенчатое устройство, это было бы громоздким применением усиленного деления. Впервые оно стало практичным, когда было включено во вторичную обмотку двухступенчатого термоядерного оружия. ^[39]

Американское название, Alarm Clock, пришло от Теллера: он назвал его так, потому что он мог «разбудить мир» для возможности потенциала Супер. ^[40] Русское название для той же конструкции было более описательным: Sloika ( русский : Слойка ), слоёный пирог. Одноступенчатая советская Sloika была испытана как RDS-6s 12 августа 1953 года. Одноступенчатая версия в США не испытывалась, но кодовое название Castle Union выстрел операции Castle 26 апреля 1954 года был двухступенчатым термоядерным устройством под кодовым названием Alarm Clock. Его мощность, на Бикини , составила 6,9 мегатонн. ^{[ необходима цитата ]}

Поскольку советский тест «Слойки» использовал сухой дейтерид лития-6 за восемь месяцев до первого испытания США с его использованием (Castle Bravo, 1 марта 1954 г.), иногда утверждалось, что СССР выиграл гонку водородных бомб, хотя Соединенные Штаты испытали и разработали первую водородную бомбу: испытание водородной бомбы «Айви Майк». В американском тесте «Айви Майк» в 1952 г. в качестве топлива для термоядерного синтеза во вторичной бомбе использовался криогенно охлажденный жидкий дейтерий, и применялась реакция термоядерного синтеза DD. Однако первое советское испытание с использованием радиационно-имплодированной вторичной бомбы, неотъемлемой особенности настоящей водородной бомбы, состоялось 23 ноября 1955 г., через три года после «Айви Майк». Фактически, реальная работа над схемой имплозии в Советском Союзе началась только в самом начале 1953 г., через несколько месяцев после успешного испытания «Слойки». ^{[ необходима цитата ]}

Чистые бомбы

Фагот, прототип чистой бомбы в 9,3 мегатонны или грязной бомбы в 25 мегатонн. Здесь показана грязная версия до ее испытания в 1956 году. Два крепления слева — это световые трубы ; см. ниже подробности.

1 марта 1954 года в результате крупнейшего в истории США ядерного испытания взрыва, 15-мегатонного заряда Castle Bravo в ходе операции Castle на атолле Бикини, была произведена мгновенная смертельная доза продуктов деления, выпавшая на более чем 6000 квадратных миль (16 000 км2 ⁾ поверхности Тихого океана. ^[41] Радиационные поражения жителей Маршалловых островов и японских рыбаков сделали этот факт достоянием общественности и раскрыли роль деления в водородных бомбах.

В ответ на тревогу общественности по поводу радиоактивных осадков была предпринята попытка разработать чистое многомегатонное оружие, полагаясь почти полностью на термоядерный синтез. Энергия, вырабатываемая при делении необогащенного природного урана , при использовании в качестве материала тампера на вторичной и последующих стадиях в конструкции Теллера-Улама, может намного превзойти энергию, высвобождаемую при термоядерном синтезе, как это было в случае с испытанием Castle Bravo. Замена расщепляемого материала в тампере другим материалом имеет важное значение для производства «чистой» бомбы. В таком устройстве тампер больше не вносит вклад в энергию, поэтому для любого заданного веса чистая бомба будет иметь меньшую мощность. Самый ранний известный случай испытания трехступенчатого устройства, при котором третья стадия, называемая третичной, поджигалась вторичной, произошел 27 мая 1956 года в устройстве Bassoon. Это устройство было испытано в ходе взрыва Zuni в ходе операции Redwing . В этом взрыве использовались нерасщепляемые тамперы; Был использован инертный материал-заменитель, такой как вольфрам или свинец. Его выход составил 3,5 мегатонны, 85% синтеза и только 15% деления. ^{[ необходима цитата ]}

Концепция Ripple, которая использовала абляцию для достижения синтеза с использованием очень малого деления, была и остается самой чистой конструкцией. В отличие от предыдущих чистых бомб, которые были чистыми просто за счет замены топлива деления инертным веществом, Ripple была чистой по своей конструкции. Ripple также была чрезвычайно эффективна; планы на 15 кт/кг были сделаны во время операции Dominic . Shot Androscoggin представлял собой доказательство концепции конструкции Ripple, что привело к шипению в 63 килотонны (значительно ниже прогнозируемых 15 мегатонн). Это было повторено в shot Housatonic, который показал взрыв мощностью 9,96 мегатонны, который, как сообщается, был >99,9% синтеза. ^[42]

Публичные записи об устройствах, которые произвели самую большую долю своей мощности через реакции синтеза, являются мирными ядерными взрывами 1970-х годов. Другие включают 10-мегатонный Dominic Housatonic с более чем 99,9% синтеза, 50-мегатонную Tsar Bomba с 97% синтеза, ^[43] 9,3-мегатонный тест Hardtack Poplar с 95% ^[44] и 4,5-мегатонный тест Redwing Navajo с 95% синтеза. ^[45]

Наиболее амбициозное мирное применение ядерных взрывов преследовалось СССР с целью создания канала длиной 112 км (70 миль) между бассейном реки Печора и бассейном реки Кама , около половины которого должно было быть построено с помощью серии подземных ядерных взрывов. Сообщалось, что для достижения конечной цели может быть использовано около 250 ядерных устройств. Испытание в Тайге должно было продемонстрировать осуществимость проекта. Три из этих «чистых» устройств мощностью 15 килотонн каждое были помещены в отдельные скважины, расположенные на расстоянии около 165 метров (540 футов) друг от друга на глубине 127 метров (417 футов). Они были одновременно взорваны 23 марта 1971 года, выбросив радиоактивный шлейф в воздух, который был перенесен ветром на восток. Получившаяся траншея была около 700 метров (2300 футов) в длину и 340 метров (1120 футов) в ширину, с невыразительной глубиной всего от 10 до 15 метров (от 30 до 50 футов). ^[46] Несмотря на свою «чистую» природу, эта территория по-прежнему демонстрирует заметно более высокую (хотя в основном безвредную) концентрацию продуктов деления, интенсивная нейтронная бомбардировка почвы, самого устройства и опорных конструкций также активировала их стабильные элементы, создавая значительное количество искусственных радиоактивных элементов, таких как ^60Co . Общая опасность, создаваемая концентрацией радиоактивных элементов, присутствующих на месте, созданном этими тремя устройствами, по-прежнему незначительна, но более масштабный проект, как предполагалось, имел бы значительные последствия как от выпадения радиоактивного шлейфа, так и от радиоактивных элементов, созданных нейтронной бомбардировкой. ^[47]

19 июля 1956 года председатель КАЭ Льюис Штраус заявил, что испытание чистой бомбы Redwing Zuni «принесло много важного... с гуманитарной точки зрения». Однако менее чем через два дня после этого заявления грязная версия Bassoon, названная Bassoon Prime, с установленным тампером из урана-238 , была испытана на барже у берегов атолла Бикини, как и Redwing Tewa . Bassoon Prime произвела мощность в 5 мегатонн, из которых 87% пришлось на деление. Данные, полученные в ходе этого испытания и других, привели к окончательному развертыванию самого мощного из известных американских ядерных боеприпасов и самого мощного оружия из когда-либо созданных , трехступенчатого термоядерного оружия с максимальной «грязной» мощностью в 25 мегатонн, обозначенного как ядерная бомба B41 , которая должна была нести бомбардировщики ВВС США до тех пор, пока она не будет снята с вооружения; это оружие так и не было полностью испытано. ^{[ необходима цитата ]}

Третье поколение

Ядерное оружие первого и второго поколения высвобождает энергию в виде всенаправленных взрывов. Ядерное оружие третьего поколения ^{[48] [49] [50]} представляет собой экспериментальные боеголовки и устройства специального действия, которые могут высвобождать энергию направленным образом, некоторые из которых были испытаны во время Холодной войны , но никогда не были развернуты. К ним относятся:

• Проект «Прометей», также известный как «Ядерный дробовик», предполагал использование ядерного взрыва для ускорения кинетических проникающих снарядов против МБР. ^[51]
• Проект «Экскалибур» — рентгеновский лазер с ядерной накачкой для уничтожения баллистических ракет .
• Ядерные кумулятивные заряды , которые фокусируют свою энергию в определенных направлениях.
• В рамках проекта «Орион» изучалось использование ядерных взрывчатых веществ для приведения в движение ракет.

Четвертое поколение

Идея ядерного оружия «4-го поколения» была предложена в качестве возможного преемника примеров конструкций оружия, перечисленных выше. Эти методы, как правило, вращаются вокруг использования неядерных первичных веществ для запуска дальнейших реакций деления или синтеза. Например, если бы антиматерия была пригодна для использования и управляема в макроскопических количествах, реакция между небольшим количеством антиматерии и эквивалентным количеством вещества могла бы высвободить энергию, сопоставимую с небольшим оружием деления, и могла бы, в свою очередь, использоваться в качестве первой ступени очень компактного термоядерного оружия. Чрезвычайно мощные лазеры также могли бы потенциально использоваться таким образом, если бы их можно было сделать достаточно мощными и достаточно компактными, чтобы быть жизнеспособными в качестве оружия. Большинство этих идей являются версиями чистого термоядерного оружия и имеют общее свойство, заключающееся в том, что они включают в себя до сих пор нереализованные технологии в качестве своих «первичных» ступеней. ^[52]

Хотя многие страны вложили значительные средства в исследовательские программы по инерционному термоядерному синтезу , с 1970-х годов он не считался перспективным для прямого использования в качестве оружия, а скорее инструментом для исследований, связанных с оружием и энергетикой, который может быть использован при отсутствии полномасштабных ядерных испытаний. Неясно, занимаются ли какие-либо страны активным созданием оружия «четвертого поколения». Во многих случаях (как и в случае с антиматерией) базовая технология в настоящее время считается очень далекой от жизнеспособности, а если бы она была жизнеспособной, то сама по себе была бы мощным оружием, вне контекста ядерного оружия и без предоставления каких-либо существенных преимуществ по сравнению с существующими конструкциями ядерного оружия ^[53]

Чистое термоядерное оружие

С 1950-х годов Соединенные Штаты и Советский Союз исследовали возможность высвобождения значительных объемов энергии ядерного синтеза без использования первичного ядра деления. Такое «чистое оружие термоядерного синтеза» в первую очередь представлялось как маломощное тактическое ядерное оружие, преимуществом которого была бы его способность использоваться без образования радиоактивных осадков в масштабах оружия, высвобождающего продукты деления. В 1998 году Министерство энергетики Соединенных Штатов рассекретило следующее:

(1) Тот факт, что Министерство энергетики в прошлом вложило значительные средства в разработку чистого термоядерного оружия

(2) США не имеют и не разрабатывают чисто термоядерное оружие; и

(3) В результате инвестиций Министерства энергетики США не было получено ни одного заслуживающего доверия проекта чисто термоядерного оружия. ^[54]

Красная ртуть , вероятно, фальшивое вещество, была раскручена как катализатор для чистого термоядерного оружия. ^{[ необходима цитата ]}

Кобальтовые бомбы

Бомба Судного дня, ставшая популярной благодаря роману Невила Шута 1957 года и последовавшему за ним фильму 1959 года « На пляже» , кобальтовая бомба — это водородная бомба с оболочкой из кобальта. Активированный нейтронами кобальт мог бы максимально увеличить ущерб окружающей среде от радиоактивных осадков. Эти бомбы были популяризированы в фильме 1964 года « Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал волноваться и полюбил атомную бомбу »; материал, добавляемый в бомбы, упоминается в фильме как «кобальт-торий G». ^{[ требуется ссылка ]}

Такое «соленое» оружие исследовалось Министерством обороны США. ^[55] Продукты деления столь же смертоносны, как и активированный нейтронами кобальт.

Первоначально гамма-излучение от продуктов деления бомбы деления-синтеза-деления эквивалентного размера намного интенсивнее, чем у кобальта-60 (⁶⁰
Ко
): в 15 000 раз интенсивнее в течение 1 часа; в 35 раз интенсивнее в течение 1 недели; в 5 раз интенсивнее в течение 1 месяца; и примерно равно в течение 6 месяцев. После этого деление быстро падает, так что⁶⁰
Ко
Выпадение осадков в 8 раз интенсивнее деления за 1 год и в 150 раз интенсивнее за 5 лет. Очень долгоживущие изотопы, образующиеся при делении, превзойдут⁶⁰
Ко
снова примерно через 75 лет. ^[56]

Испытание тройного «тайжного» ядерного залпа в рамках предварительного проекта канала Печора-Кама в марте 1971 года привело к образованию небольшого количества продуктов деления, и поэтому сравнительно большое количество активированных продуктов корпуса ответственно за большую часть остаточной активности на месте сегодня, а именно:⁶⁰
Ко
. По состоянию на 2011 год активация нейтронов, вызванная термоядерным синтезом, была ответственна примерно за половину дозы гамма-излучения на испытательном полигоне. Эта доза слишком мала, чтобы вызвать пагубные последствия, и вокруг образовавшегося озера повсюду растет нормальная зеленая растительность. ^{[57] [58]}

Произвольно большие многоступенчатые устройства

Идея устройства, которое имеет произвольно большое количество ступеней Теллера-Улама, каждая из которых вызывает более мощную радиационную имплозию, чем предыдущая ступень, часто предлагается ^{[59] [60]} , но технически оспаривается. ^[61] Существуют «хорошо известные наброски и некоторые разумно выглядящие расчеты в открытой литературе о двухступенчатом оружии, но нет столь же точных описаний настоящих трехступенчатых концепций». ^[61]

В период с середины 1950-х по начало 1960-х годов ученые, работавшие в оружейных лабораториях США, исследовали концепции оружия мощностью до 1000 мегатонн ^[62], а Эдвард Теллер на заседании Генерального консультативного комитета Комиссии по атомной энергии объявил о разработке оружия мощностью 10 000 мегатонн под кодовым названием SUNDIAL. ^[63] Большая часть информации об этих усилиях остается засекреченной ^{[64] [65],} но такое оружие с радиусом действия «гигатонны», по-видимому, не вышло за рамки теоретических исследований.

В то время как и США, и Советский Союз исследовали (а в случае Советов испытывали) проекты оружия «очень высокой мощности» (например, от 50 до 100 мегатонн) в 1950-х и начале 1960-х годов, ^[66] они, по-видимому, представляют собой верхний предел мощности оружия Холодной войны, к которому серьезно стремились, и были настолько физически тяжелыми и массивными, что их нельзя было полностью перевозить в бомбовых отсеках самых больших бомбардировщиков. Тенденции развития боеголовок Холодной войны с середины 1960-х годов и особенно после Договора об ограниченном запрещении испытаний вместо этого привели к появлению очень компактных боеголовок с мощностью в диапазоне от сотен килотонн до малых мегатонн, что давало большие возможности для доставки.

После беспокойства, вызванного предполагаемым гигатонным масштабом удара кометы Шумейкеров-Леви 9 в 1994 году о планету Юпитер , на встрече 1995 года в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) Эдвард Теллер предложил коллективу американских и российских разработчиков оружия времен Холодной войны совместно разработать ядерное взрывное устройство мощностью 1000 мегатонн для отклонения астероидов класса вымирания (диаметром более 10 км), которое будет использовано в случае, если один из этих астероидов окажется на траектории столкновения с Землей. ^{[67] [68] [69]}

Нейтронные бомбы

Нейтронная бомба, технически называемая усиленным радиационным оружием (ERW), представляет собой тип тактического ядерного оружия, специально разработанного для высвобождения большой части своей энергии в виде энергетического нейтронного излучения. Это контрастирует со стандартным термоядерным оружием, которое предназначено для захвата этого интенсивного нейтронного излучения с целью увеличения его общей взрывной мощности. С точки зрения мощности ERW обычно производит около одной десятой от того, что производит атомное оружие делящегося типа. Даже при своей значительно меньшей взрывной мощности ERW все еще способны нанести гораздо больше разрушений, чем любая обычная бомба. Между тем, по сравнению с другим ядерным оружием, ущерб больше сосредоточен на биологическом материале, чем на материальной инфраструктуре (хотя экстремальные взрывные и тепловые эффекты не устраняются). ^{[ необходима цитата ]}

ERW точнее описать как оружие подавленной мощности. Когда мощность ядерного оружия составляет менее одной килотонны, радиус его поражения от взрыва, 700 м (2300 футов), меньше радиуса поражения от его нейтронного излучения. Однако взрыв более чем достаточно мощный, чтобы разрушить большинство сооружений, которые менее устойчивы к воздействию взрыва, чем даже незащищенные люди. Давление взрыва свыше 20 фунтов на квадратный дюйм (140 кПа) является выживаемым, тогда как большинство зданий рухнет при давлении всего 5 фунтов на квадратный дюйм (30 кПа). ^{[ необходима цитата ]}

Обычно ошибочно принимаемые за оружие, предназначенное для уничтожения населения и сохранения инфраструктуры нетронутыми, эти бомбы (как упоминалось выше) по-прежнему очень способны сравнять с землей здания на большом радиусе. Целью их разработки было уничтожение экипажей танков — танки обеспечивали превосходную защиту от взрыва и жары, выживая (относительно) очень близко к детонации. Учитывая огромные танковые силы Советов во время Холодной войны, это было идеальное оружие для противодействия им. Нейтронное излучение могло мгновенно вывести из строя экипаж танка примерно на том же расстоянии, на котором жар и взрыв вывели бы из строя незащищенного человека (в зависимости от конструкции). Шасси танка также становилось бы высокорадиоактивным, что временно исключало бы его повторное использование новым экипажем. ^{[ необходима цитата ]}

Однако нейтронное оружие также предназначалось для использования в других целях. Например, оно эффективно в противоатомной обороне — нейтронный поток способен нейтрализовать приближающуюся боеголовку на большем расстоянии, чем тепло или взрыв. Ядерные боеголовки очень устойчивы к физическим повреждениям, но их очень трудно укрепить против экстремального нейтронного потока. ^{[ необходима цитата ]}

ERW представляли собой двухступенчатые термоядерные устройства, в которых весь ненужный уран был удален для минимизации выхода деления. Нейтроны получались в результате синтеза. Разработанные в 1950-х годах, они были впервые развернуты в 1970-х годах американскими войсками в Европе. Последние были сняты с вооружения в 1990-х годах. ^{[ необходима цитата ]}

Нейтронная бомба осуществима только в том случае, если выход достаточно высок, чтобы было возможно эффективное зажигание стадии синтеза, и если выход достаточно низок, чтобы толщина корпуса не поглощала слишком много нейтронов. Это означает, что нейтронные бомбы имеют диапазон выходов 1–10 килотонн, с долей деления, варьирующейся от 50% при 1 килотонне до 25% при 10 килотоннах (все это исходит от первичной стадии). Выход нейтронов на килотонну тогда в 10–15 раз больше, чем для чистого имплозивного оружия деления или для стратегической боеголовки, такой как W87 или W88 . ^[70]

Лаборатории по проектированию оружия

Все нововведения в области ядерного оружия, обсуждаемые в этой статье, возникли в следующих трех лабораториях описанным образом. Другие лаборатории по разработке ядерного оружия в других странах дублировали эти нововведения независимо, проводили их обратную разработку с помощью анализа радиоактивных осадков или приобретали их путем шпионажа. ^[71]

Лоуренс Беркли

Первое систематическое исследование концепций проектирования ядерного оружия состоялось в середине 1942 года в Калифорнийском университете в Беркли . Важные ранние открытия были сделаны в соседней лаборатории Лоуренса в Беркли , например, производство и выделение плутония на циклотроне в 1940 году. Профессор Беркли, Дж. Роберт Оппенгеймер , только что был нанят для руководства секретными национальными проектами бомбы. Его первым действием был созыв летней конференции 1942 года. ^{[ необходима цитата ]}

К тому времени, как весной 1943 года он переместил свою операцию в новый секретный город Лос-Аламос, штат Нью-Мексико, накопленная мудрость по проектированию ядерного оружия состояла из пяти лекций профессора Беркли Роберта Сербера , транскрибированных и распространенных в виде (засекреченного, но теперь полностью рассекреченного и широко доступного в Интернете в формате PDF) «Букваря Лос-Аламоса» . ^[72] «Букварь» рассматривал энергию деления, производство и захват нейтронов , ядерные цепные реакции , критическую массу , тамперы, предварительную детонацию и три метода сборки бомбы: сборка пушки, имплозия и «автокаталитические методы», единственный подход, который оказался тупиковым. ^{[ требуется ссылка ]}

Лос-Аламос

В апреле 1944 года в Лос-Аламосе Эмилио Сегре обнаружил , что предлагаемая сборочная бомба типа «Пушка тонкого человека» не будет работать для плутония из-за проблем с преддетонацией, вызванных примесями Pu-240 . Поэтому «Толстяк», бомба имплозивного типа, получила высокий приоритет как единственный вариант для плутония. Обсуждения в Беркли дали теоретические оценки критической массы, но ничего точного. Основной работой военного времени в Лос-Аламосе было экспериментальное определение критической массы, которое приходилось ждать, пока с производственных предприятий не прибудет достаточное количество расщепляющегося материала: уран из Оук-Риджа, штат Теннесси , и плутоний с объекта Хэнфорд в Вашингтоне. ^{[ необходима цитата ]}

В 1945 году, используя результаты экспериментов с критической массой, специалисты из Лос-Аламоса изготовили и собрали компоненты для четырех бомб: Trinity Gadget , Little Boy, Fat Man и неиспользованную запасную Fat Man. После войны те, кто мог, включая Оппенгеймера, вернулись на преподавательские должности в университете. Те, кто остался, работали над левитирующими и полыми ямами и проводили испытания эффектов оружия, такие как Crossroads Able и Baker на атолле Бикини в 1946 году. ^{[ необходима цитата ]}

Все основные идеи по включению термоядерного синтеза в ядерное оружие возникли в Лос-Аламосе между 1946 и 1952 годами. После прорыва Теллера-Улама в области радиационной имплозии в 1951 году технические последствия и возможности были полностью изучены, но идеи, не имеющие прямого отношения к созданию максимально возможных бомб для дальних бомбардировщиков ВВС, были отложены. ^{[ необходима цитата ]}

Из-за первоначальной позиции Оппенгеймера в дебатах о водородной бомбе, выступавшего против большого термоядерного оружия, и предположения, что он все еще имел влияние на Лос-Аламос, несмотря на свой уход, политические союзники Эдварда Теллера решили, что ему нужна собственная лаборатория, чтобы заниматься водородными бомбами. К моменту ее открытия в 1952 году в Ливерморе , Калифорния, Лос-Аламос завершил работу, для которой был предназначен Ливермор. ^{[ необходима цитата ]}

Лоуренс Ливермор

Поскольку ее первоначальная миссия больше не была доступна, Ливерморская лаборатория попробовала радикально новые проекты, которые потерпели неудачу. Ее первые три ядерных испытания были неудачными : в 1953 году два одноступенчатых устройства деления с ямами из гидрида урана , и в 1954 году двухступенчатое термоядерное устройство, в котором вторичный элемент нагревался преждевременно, слишком быстро для того, чтобы радиационная имплозия могла работать должным образом. ^{[ необходима цитата ]}

Сменив тактику, Ливермор остановился на идеях, отложенных Лос-Аламосом, и их разработке для армии и флота. Это привело Ливермора к специализации на тактическом оружии малого диаметра, особенно на том, которое использовало двухточечные системы имплозии, такие как Swan. Тактическое оружие малого диаметра стало основным для второстепенного оружия малого диаметра. Около 1960 года, когда гонка вооружений сверхдержав превратилась в гонку баллистических ракет, боеголовки Ливермора оказались более полезными, чем большие и тяжелые боеголовки Лос-Аламоса. Боеголовки Лос-Аламоса использовались на первых баллистических ракетах средней дальности , IRBM, но боеголовки Ливермора меньшего размера использовались на первых межконтинентальных баллистических ракетах , МБР и баллистических ракетах подводных лодок , SLBM, а также на первых системах с разделяющимися боеголовками на таких ракетах. ^[73]

В 1957 и 1958 годах обе лаборатории построили и испытали как можно больше конструкций, ожидая, что запланированный запрет испытаний 1958 года может стать постоянным. К тому времени, когда испытания возобновились в 1961 году, обе лаборатории стали дубликатами друг друга, и задания по проектированию назначались больше по соображениям рабочей нагрузки, чем по специализации лаборатории. Некоторые конструкции обменивались. Например, боеголовка W38 для ракеты Titan I начиналась как проект Ливермора, была передана Лос-Аламосу, когда она стала боеголовкой ракеты Atlas , а в 1959 году была возвращена Ливермору в обмен на боеголовку W54 Davy Crockett , которая отправилась из Ливермора в Лос-Аламос. ^{[ необходима цитата ]}

Конструкции боеголовок после 1960 года приобрели характер изменений моделей, при этом каждая новая ракета получала новую боеголовку по маркетинговым причинам. Главное существенное изменение заключалось в упаковке большего количества делящегося урана-235 во вторичный блок, поскольку он стал доступен с продолжением обогащения урана и демонтажем больших мощных бомб. ^{[ необходима цитата ]}

Начиная с установки Nova в Ливерморе в середине 1980-х годов, деятельность по ядерному проектированию, связанная с радиационно-управляемой имплозией, основывалась на исследованиях с непрямым приводом лазерного термоядерного синтеза. Эта работа была частью усилий по исследованию инерционного удержания термоядерного синтеза . Аналогичная работа продолжается на более мощной установке National Ignition Facility . Программа по управлению запасами также извлекла пользу из исследований, проведенных в NIF . ^{[ необходима цитата ]}

Испытание взрывчатых веществ

Ядерное оружие в значительной степени разрабатывается методом проб и ошибок. Испытание часто включает в себя испытательный взрыв прототипа.

При ядерном взрыве большое количество дискретных событий с различной вероятностью объединяются в кратковременные хаотические потоки энергии внутри корпуса устройства. Для аппроксимации процессов требуются сложные математические модели, и в 1950-х годах не было достаточно мощных компьютеров, чтобы правильно их запустить. Даже сегодняшние компьютеры и программное обеспечение для моделирования не являются адекватными. ^[74]

Было достаточно легко разработать надежное оружие для запаса. Если прототип работал, его можно было вооружить и производить массово. ^{[ нужна цитата ]}

Гораздо сложнее было понять, как это работает или почему это не удалось. Разработчики собрали как можно больше данных во время взрыва, до того, как устройство само себя уничтожило, и использовали эти данные для калибровки своих моделей, часто вставляя в уравнения коэффициенты подгонки, чтобы симуляции соответствовали экспериментальным результатам. Они также анализировали осколки оружия в осадках, чтобы увидеть, какая часть потенциальной ядерной реакции имела место. ^{[ необходима цитата ]}

Световоды

Важным инструментом для анализа испытаний был диагностический световод. Зонд внутри испытательного устройства мог передавать информацию, нагревая пластину металла до каления, событие, которое могло быть зафиксировано приборами, расположенными на дальнем конце длинной, очень прямой трубы. ^{[ необходима цитата ]}

На рисунке ниже показано устройство Shrimp, взорванное 1 марта 1954 года на Бикини в ходе испытания Castle Bravo . Его 15-мегатонный взрыв был самым мощным, когда-либо произведенным Соединенными Штатами. Для масштаба показан силуэт человека. Устройство поддерживается снизу, на концах. Трубы, идущие в потолок кабины, которые кажутся опорами, на самом деле являются диагностическими световодами. Восемь труб на правом конце (1) отправляли информацию о детонации первичной обмотки. Две в середине (2) отмечали время, когда рентгеновские лучи от первичной обмотки достигали канала излучения вокруг вторичной обмотки. Последние две трубы (3) отмечали время, когда излучение достигало дальнего конца канала излучения, причем разница между (2) и (3) была временем прохождения излучения по каналу. ^[75]

Из кабины для съемки трубы поворачивались горизонтально и проходили 2,3 км (7500 футов) по дамбе, построенной на рифе Бикини, к дистанционно управляемому бункеру для сбора данных на острове Наму. ^{[ необходима цитата ]}

В то время как рентгеновские лучи обычно распространяются со скоростью света через материал с низкой плотностью, такой как пенопластовый наполнитель канала между (2) и (3), интенсивность излучения от взрывающейся первичной обмотки создает относительно непрозрачный фронт излучения в наполнителе канала, который действует как медленно движущийся затор, замедляя прохождение лучистой энергии . Пока вторичная обмотка сжимается посредством радиационно-индуцированной абляции, нейтроны из первичной обмотки догоняют рентгеновские лучи, проникают во вторичную обмотку и начинают размножать тритий через третью реакцию, отмеченную в первом разделе выше. Эта реакция 6 Li + n является экзотермической, производя 5 МэВ на событие. Свеча зажигания еще не сжата и, таким образом, остается подкритической, поэтому в результате не происходит существенного деления или синтеза. Однако, если достаточно нейтронов поступит до завершения имплозии вторичной обмотки, критический перепад температур между внешней и внутренней частями вторичной обмотки может быть нарушен, что потенциально может привести к тому, что вторичная обмотка не загорится. Первое термоядерное оружие, разработанное Ливермором, устройство Моргенштерна, потерпело неудачу таким образом, когда оно было испытано как Castle Koon 7 апреля 1954 года. Первичное зажглось, но вторичное, предварительно нагретое первичной нейтронной волной, претерпело то, что было названо неэффективной детонацией ; ^{[76] : 165} таким образом, оружие с прогнозируемой мощностью в одну мегатонну произвело всего 110 килотонн, из которых всего 10 кт были приписаны термоядерному синтезу. ^{[77] : 316}

Эти временные эффекты и любые проблемы, которые они вызывают, измеряются данными световода. Математическое моделирование, которое они калибруют, называется кодами гидродинамики потока излучения или кодами канала. Они используются для прогнозирования эффекта будущих изменений конструкции. ^{[ необходима цитата ]}

Из общедоступных записей не ясно, насколько успешными были световые трубы Shrimp. Беспилотный бункер данных находился достаточно далеко, чтобы оставаться снаружи кратера шириной в милю, но 15-мегатонный взрыв, в два с половиной раза мощнее ожидаемого, пробил бункер, сорвав с петель его 20-тонную дверь и разбросав ее по внутренней части бункера. (Ближайшие люди находились в 32 километрах (20 милях) дальше, в бункере, который уцелел.) ^[78]

Анализ выпадений

Самые интересные данные из Castle Bravo были получены в результате радиохимического анализа орудийных обломков в радиоактивных осадках. Из-за нехватки обогащенного лития-6 60% лития во вторичном реакторе Shrimp составлял обычный литий-7, который не производит тритий так же легко, как литий-6. Но он производит литий-6 как продукт реакции (n, 2n) (один нейтрон на входе, два нейтрона на выходе), известный факт, но с неизвестной вероятностью. Вероятность оказалась высокой. ^{[ необходима цитата ]}

Анализ осадков показал конструкторам, что при реакции (n, 2n) вторичный реактор Shrimp фактически имел в два с половиной раза больше лития-6, чем ожидалось. Тритий, выход синтеза, нейтроны и выход деления были соответственно увеличены. ^[79]

Как отмечалось выше, анализ осадков Bravo также впервые сообщил внешнему миру, что термоядерные бомбы являются скорее устройствами деления, чем устройствами синтеза. Японское рыболовное судно Daigo Fukuryū Maru вернулось домой с достаточным количеством осадков на палубе, чтобы позволить ученым в Японии и других странах определить и объявить, что большая часть осадков образовалась в результате деления U-238 нейтронами с энергией 14 МэВ, полученными в результате синтеза. ^{[ необходима цитата ]}

Подземные испытания

Кратеры проседания на испытательном полигоне Юкка-Флэт, штат Невада.

Глобальная тревога по поводу радиоактивных осадков, которая началась с события Castle Bravo, в конечном итоге привела к тому, что ядерные испытания буквально переместились под землю. Последнее наземное испытание в США состоялось на острове Джонстон 4 ноября 1962 года. В течение следующих трех десятилетий, до 23 сентября 1992 года, Соединенные Штаты проводили в среднем 2,4 подземных ядерных взрыва в месяц, все, за исключением нескольких, на испытательном полигоне в Неваде (NTS) к северо-западу от Лас-Вегаса. ^{[ необходима цитата ]}

Участок Юкка-Флэт на плато НТС покрыт кратерами проседания, образовавшимися в результате обрушения рельефа над радиоактивными пещерами, созданными ядерными взрывами (см. фото).

После Договора о пороговом запрете испытаний ядерного оружия (TTBT) 1974 года, который ограничил подземные взрывы до 150 килотонн или менее, боеголовки, такие как полумегатонный W88, должны были испытываться на мощности, меньшей полной. Поскольку первичная часть должна быть взорвана на полной мощности, чтобы получить данные о взрыве вторичной части, снижение мощности должно было исходить от вторичной части. Замена большей части термоядерного топлива дейтерида лития-6 на гидрид лития-7 ограничила тритий, доступный для синтеза, и, таким образом, общую мощность, не изменяя динамику взрыва. Функционирование устройства можно было оценить с помощью световодов, других сенсорных устройств и анализа захваченных обломков оружия. Полную мощность накопленного оружия можно было рассчитать путем экстраполяции. ^{[ необходима цитата ]}

Производственные мощности

Когда в начале 1950-х годов двухступенчатое оружие стало стандартом, конструкция оружия определила компоновку новых, широко разбросанных производственных предприятий США, и наоборот.

Поскольку первичные элементы, как правило, громоздкие, особенно в диаметре, плутоний является расщепляющимся материалом, который выбирают для питов с бериллиевыми отражателями. Он имеет меньшую критическую массу, чем уран. Завод Rocky Flats около Боулдера, штат Колорадо, был построен в 1952 году для производства питов и впоследствии стал заводом по производству плутония и бериллия. ^{[ необходима цитата ]}

Завод Y-12 в Оук-Ридже , штат Теннесси , где масс-спектрометры, называемые калютронами, обогащали уран для Манхэттенского проекта , был перепроектирован для производства вторичных элементов. Расщепляющийся U-235 подходит для производства лучших свечей зажигания, поскольку его критическая масса больше, особенно в цилиндрической форме ранних термоядерных вторичных элементов. В ранних экспериментах использовались два расщепляющихся материала в комбинации, в качестве композитных Pu-Oy ям и свечей зажигания, но для массового производства было проще позволить заводам специализироваться: плутониевые ямки в первичных элементах, урановые свечи зажигания и толкатели во вторичных элементах. ^{[ необходима цитата ]}

Y-12 производил термоядерное топливо на основе дейтерида лития-6 и детали из U-238, два других ингредиента вторичных компонентов. ^{[ необходима цитата ]}

Hanford Site около Richland WA эксплуатировал ядерные реакторы и разделительные установки для производства плутония во время Второй мировой войны и Холодной войны. Там было построено и работало девять реакторов для производства плутония. Первым был B-реактор, который начал работу в сентябре 1944 года, а последним был N-реактор, который прекратил работу в январе 1987 года. ^{[ необходима цитата ]}

Саванна -Ривер-Сайт в Айкене , Южная Каролина , также построенный в 1952 году, эксплуатировал ядерные реакторы , которые преобразовывали U-238 в Pu-239 для питов и преобразовывали литий-6 (производимый в Y-12) в тритий для ускорительного газа. Поскольку его реакторы были замедлителями с тяжелой водой, оксидом дейтерия, он также производил дейтерий для ускорительного газа и для Y-12 для использования в производстве дейтерида лития-6. ^{[ необходима цитата ]}

Безопасность конструкции боеголовки

Поскольку даже маломощные ядерные боеголовки обладают поразительной разрушительной силой, разработчики оружия всегда осознавали необходимость внедрения механизмов и связанных с ними процедур, предназначенных для предотвращения случайной детонации. ^{[ необходима цитата ]}

Схема стального шарикового предохранительного устройства боеголовки Green Grass , слева показано заполненное (безопасное) и справа пустое (рабочее). Стальные шарики высыпались в бункер под самолетом перед полетом и могли быть повторно вставлены с помощью воронки, вращая бомбу на ее тележке и поднимая бункер.

Тип пушки

По своей сути опасно иметь оружие, содержащее такое количество и форму расщепляющегося материала, которое может образовать критическую массу посредством относительно простой аварии. Из-за этой опасности, топливо в Little Boy (четыре мешка кордита ) было вставлено в бомбу в полете, вскоре после взлета 6 августа 1945 года. Это был первый случай, когда ядерное оружие пушечного типа было полностью собрано. ^{[ необходима цитата ]}

Если оружие падает в воду, замедляющий эффект воды может также вызвать критическую аварию , даже без физического повреждения оружия. Аналогично, пожар, вызванный крушением самолета, может легко воспламенить топливо, что приведет к катастрофическим последствиям. Оружие типа пистолета всегда было изначально небезопасным. ^{[ необходима цитата ]}

Вставка ям в полете

Ни один из этих эффектов не является вероятным для имплозивного оружия, поскольку обычно недостаточно делящегося материала для формирования критической массы без правильной детонации линз. Однако самое раннее имплозивное оружие имело ямки, настолько близкие к критичности, что случайная детонация с некоторой ядерной мощностью была проблемой. ^{[ необходима цитата ]}

9 августа 1945 года Fat Man был загружен на свой самолет полностью собранным, но позже, когда левитирующие ямы образовали пространство между ямой и тампером, стало возможным использовать вставку ямы в полете. Бомбардировщик взлетал без расщепляющегося материала в бомбе. Некоторые старые виды оружия имплозивного типа, такие как американские Mark 4 и Mark 5 , использовали эту систему. ^{[ необходима цитата ]}

Вставка ямки в полете не будет работать, если полая ямка находится в контакте с ее тампером. ^{[ необходима цитата ]}

Метод безопасности со стальным шариком

Как показано на схеме выше, один из методов, используемых для снижения вероятности случайной детонации, использовал металлические шарики . Шарики были высыпаны в яму: это предотвращало детонацию, увеличивая плотность полой ямы, тем самым предотвращая симметричный взрыв в случае аварии. Эта конструкция была использована в оружии Green Grass, также известном как Interim Megaton Weapon, которое использовалось в бомбах Violet Club и Yellow Sun Mk.1 . ^{[ необходима цитата ]}

Метод безопасности цепи

В качестве альтернативы, яму можно «защитить», заполнив ее обычно полое ядро ​​инертным материалом, например, тонкой металлической цепью, возможно, сделанной из кадмия , чтобы поглощать нейтроны. Пока цепь находится в центре ямы, яму нельзя сжать в форму, подходящую для деления; когда оружие должно быть активировано, цепь удаляется. Аналогично, хотя серьезный пожар может взорвать взрывчатку, уничтожив яму и распространив плутоний, загрязняя окрестности, как это произошло в нескольких авариях с оружием , он не может вызвать ядерный взрыв. ^{[ необходима цитата ]}

Безопасность в одной точке

Хотя срабатывание одного детонатора из многих не приведет к тому, что полая яма станет критической, особенно если она имеет небольшую массу и требует усиления, внедрение двухточечных систем взрыва сделало такую ​​возможность реальной проблемой. ^{[ необходима цитата ]}

В двухточечной системе, если один детонатор срабатывает, одно целое полушарие ямы взорвется, как и задумано. Фугасный заряд, окружающий другое полушарие, будет взрываться постепенно, от экватора к противоположному полюсу. В идеале это зажмет экватор и отожмет второе полушарие от первого, как зубная паста в тюбике. К тому времени, как взрыв охватит его, его взрыв будет отделен как во времени, так и в пространстве от взрыва первого полушария. Полученная форма гантели, в которой каждый конец достигает максимальной плотности в разное время, может не стать критической. ^{[ требуется цитата ]}

Невозможно сказать на чертежной доске, как это будет происходить. Невозможно это сделать и с использованием фиктивной шахты U-238 и высокоскоростных рентгеновских камер, хотя такие испытания полезны. Для окончательного определения необходимо провести испытание с реальным расщепляющимся материалом. Следовательно, начиная с 1957 года, через год после Свона, обе лаборатории начали одноточечные испытания безопасности. ^{[ необходима цитата ]}

Из 25 одноточечных испытаний безопасности, проведенных в 1957 и 1958 годах, семь имели нулевую или незначительную ядерную мощность (успех), три имели высокую мощность от 300 до 500 тонн (серьезный отказ), а остальные имели неприемлемую мощность между этими крайностями. ^{[ необходима цитата ]}

Особую озабоченность вызывала бомба W47 Ливермора , которая генерировала неприемлемо высокие выходы при одноточечном тестировании. Чтобы предотвратить случайную детонацию, Ливермор решил использовать механическую защиту на W47. Результатом стала схема безопасности с помощью проволоки, описанная ниже. ^{[ необходима цитата ]}

Когда испытания возобновились в 1961 году и продолжались в течение трех десятилетий, было достаточно времени, чтобы сделать все конструкции боеголовок изначально безопасными в одной точке, без необходимости механического предохранения. ^{[ необходима цитата ]}

Метод обеспечения безопасности проводов

В последнем испытании перед мораторием 1958 года боеголовка W47 для БРПЛ Polaris оказалась небезопасной в одной точке, производя неприемлемо высокую ядерную мощность в 200 кг (440 фунтов) тротилового эквивалента (Hardtack II Titania). С действующим мораторием на испытания не было возможности усовершенствовать конструкцию и сделать ее изначально безопасной в одной точке. Было разработано решение, состоящее из покрытой бором проволоки, вставленной в полую яму оружия при производстве. Боеголовка была взведена путем вытягивания проволоки на катушку, приводимую в движение электродвигателем. После вытягивания проволока не могла быть вставлена ​​обратно. ^[80] Проволока имела тенденцию становиться хрупкой во время хранения и ломаться или застревать во время взведения, что препятствовало полному извлечению и делало боеголовку неработающей. ^[81] Было подсчитано, что 50–75% боеголовок выйдут из строя. Это потребовало полной перестройки всех первичных зарядов W47. ^[82] Масло, используемое для смазки проволоки, также способствовало коррозии ямы. ^[83]

Сильная связь/слабая связь

В системе сильной связи/слабой связи «слабые связи» строятся между критически важными компонентами ядерного оружия («жесткие связи»). В случае аварии слабые связи спроектированы так, чтобы в первую очередь выйти из строя таким образом, чтобы исключить передачу энергии между ними. Затем, если жесткая связь выходит из строя таким образом, что энергия передается или высвобождается, энергия не может быть передана в другие системы оружия, что потенциально может привести к ядерному взрыву. Жесткие связи обычно являются критически важными компонентами оружия, которые были укреплены для выживания в экстремальных условиях, в то время как слабые связи могут быть как компонентами, намеренно вставленными в систему, чтобы действовать как слабое звено, так и критически важными ядерными компонентами, которые могут выйти из строя предсказуемо. ^{[ требуется цитата ]}

Примером слабого звена может служить электрический соединитель, содержащий электрические провода, изготовленные из сплава с низкой температурой плавления. Во время пожара эти провода расплавятся, нарушив любое электрическое соединение. ^{[ необходима цитата ]}

Ссылка на разрешительное действие

Разрешительная связь действия — это устройство контроля доступа , разработанное для предотвращения несанкционированного использования ядерного оружия. Ранние PAL были простыми электромеханическими переключателями и превратились в сложные системы постановки на боевое дежурство, включающие интегрированные опции управления выходом, устройства блокировки и устройства защиты от несанкционированного доступа. ^{[ необходима цитата ]}

Ссылки

Примечания

1. Физический пакет — это ядерный взрывной модуль внутри корпуса бомбы, боеголовки ракеты или артиллерийского снаряда и т. д., который доставляет оружие к цели. В то время как фотографии корпусов оружия обычны, фотографии физического пакета довольно редки, даже для самого старого и грубого ядерного оружия. Для фотографии современного физического пакета см. W80 .
2. «To the Outside World, a Superbomb more Bluff than Bang», Life , т. 51, № 19, 10 ноября 1961 г., Нью-Йорк, стр. 34–37, 1961 г., архивировано из оригинала 04.09.2021 г. , извлечено 28.06.2010 г.. Статья об испытании советской Царь-бомбы . Поскольку взрывы имеют сферическую форму, а цели разбросаны по относительно плоской поверхности земли, многочисленные меньшие по размеру бомбы вызывают больше разрушений. Со страницы 35: "... пять пятимегатонных бомб уничтожили бы большую площадь, чем одна 50-мегатонная".
3. Соединенные Штаты и Советский Союз были единственными странами, которые создали крупные ядерные арсеналы со всеми возможными типами ядерного оружия. У США было четырехлетнее преимущество, и они первыми произвели расщепляющийся материал и оружие деления, все в 1945 году. Единственным советским заявлением о первенстве в разработке был взрыв Джо 4 12 августа 1953 года, который, как говорят, был первой доставляемой водородной бомбой. Однако, как впервые раскрыл Герберт Йорк в книге The Advisors: Oppenheimer, Teller and the Superbomb (WH Freeman, 1976), это была не настоящая водородная бомба (это было усиленное оружие деления типа Sloika/Alarm Clock, а не двухступенчатая термоядерная бомба). Советские даты для основных элементов миниатюризации боеголовок — усиленные, полые, двухточечные, воздушные линзовые первичные — отсутствуют в открытой литературе, но больший размер советских баллистических ракет часто объясняется как свидетельство изначальной трудности Советского Союза в миниатюризации боеголовок.
4. FR 971324, Caisse Nationale de la Recherche Scientifique (Национальный фонд научных исследований) , «Perfectionnements aux charge взрывчатые вещества (Усовершенствования зарядов взрывчатых веществ)», опубликовано 16 января 1951  г.
5. Основным источником для этого раздела является Сэмюэль Гласстоун и Филип Долан, «Влияние ядерного оружия» , третье издание, 1977 г., Министерство обороны США и Министерство энергетики США (см. ссылки в разделе «Общие ссылки» ниже), а также та же информация, но более подробно, в Сэмюэле Гласстоуне, «Справочник по атомной энергии» , третье издание, 1979 г., Комиссия по атомной энергии США, издательство Krieger Publishing.
6. "ядерное деление | Примеры и процессы | Britannica". britannica.com . Получено 2022-05-30 .
7. Гласстон и Долан, Эффекты , стр. 12.
8. Гласстоун, Справочник , стр. 503.
9. "Ядерная энергетика объяснена – Управление энергетической информации США (EIA)". eia.gov . Получено 2022-05-30 .
10. Sublette, Carey. "NWFAQ: 4.2.5 Special Purpose Applications". Nuclearweaponarchive.org . Получено 11 августа 2021 г. Современные усиленные триггеры деления доводят эту эволюцию в сторону более высокого выхода к весу, меньшего объема и большей легкости выхода радиации до крайности. Сопоставимые взрывные выходы производятся ядром, состоящим из 3,5–4,5 кг плутония, 5–6 кг бериллиевого отражателя и около 20 килограммов взрывчатого вещества, по существу не содержащего материала с высоким атомным номером.
11. Sublette, Carey. "NWFAQ: 4.4.3.4 Принципы сжатия". nuclearweaponarchive.org . Получено 11 августа 2021 г. Упрощенный расчет работы, проделанной при взрыве вторичного контура объемом 10 литров в "W-80" ... фактически произведенный первичный контур (5 кт)...
12. "Atomic Glossary". Nuclear Museum . Получено 24 июля 2023 г.
13. Родс 1986, стр. 563. sfn error: no target: CITEREFRhodes1986 (help)
14. «нейтроны уносят большую часть энергии реакции», Гласстон и Долан, Эффекты , стр. 21.
15. Glasstone и Dolan, Effects , стр. 21.
16. Парсонс, Кит М.; Забалла, Роберт А. (2017). Бомбардировка Маршалловых островов: трагедия холодной войны. Cambridge University Press. стр. 53–56. ISBN 978-1-108-50874-2
17. Glasstone and Dolan, Effects , стр. 12–13. Когда 454 г (один фунт) ²³⁵ U подвергается полному делению, выход составляет 8 килотонн. Таким образом, 13–16 килотонн мощности бомбы Little Boy были получены делением не более 2 фунтов (910 г) ²³⁵ U из 141 фунта (64 000 г) в яме. Таким образом, оставшиеся 139 фунтов (63 кг), 98,5% от общего количества, не внесли никакого вклада в выход энергии.
18. Compere, AL, и Griffith, WL 1991. "The US Calutron Program for Uranium Enrichment: History,. Technology, Operations, and Production. Report", ORNL-5928, как цитируется в John Coster-Mullen, "Atom Bombs: The Top Secret Inside Story of Little Boy and Fat Man", 2003, сноска 28, стр. 18. Общий объем производства Oralloy во время войны, произведенный в Ок-Ридже к 28 июля 1945 года, составил 165 фунтов (75 кг). Из этого количества 84% было рассеяно по Хиросиме (см. предыдущую сноску).
19. Hoddeson, Lillian; et al. (2004). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы Оппенгеймера, 1943–1945 . Cambridge University Press. стр. 271. ISBN 978-0-521-54117-6.
20. «Решения о рассекречивании ограниченных данных с 1945 года по настоящее время» Архивировано 23 апреля 2016 года на Wayback Machine – «Факт, что плутоний и уран могут быть связаны друг с другом в неуказанных ямах или оружии».
21. "Решения о рассекречивании ограниченных данных с 1946 года по настоящее время". Архивировано из оригинала 4 апреля 2020 года . Получено 7 октября 2014 года .
22. Расщепляемые материалы Архивировано 3 октября 2006 г. в разделе Wayback Machine FAQ по ядерному оружию, ^{[ нерабочая ссылка ]} Carey Sublette, доступ получен 23 сентября 2006 г.
23. Вся информация об испытаниях ядерного оружия взята из книги Чака Хансена « Мечи Армагеддона: разработка ядерного оружия в США с 1945 года» , октябрь 1995 г., Chucklea Productions, том VIII, стр. 154, таблица A-1, «Ядерные взрывы и испытания в США, 1945–1962 гг.».
24. FAQ по ядерному оружию: 4.1.6.3 Методы гибридной сборки. Архивировано 19 апреля 2016 г. на Wayback Machine , дата обращения 1 декабря 2007 г. Рисунок адаптирован из того же источника.
25. Sublette, Carey. «Гибридное оружие деления-синтеза». nuclearweaponarchive .
26. Итак, я собрал воедино завещание Эдварда и его мемуары, что Стэн пришел к нему в феврале 1951 года. Архивировано 13 февраля 2018 г. на Wayback Machine. Интервью Американского института физики с Ричардом Гарвином, проведенное Кеном Фордом в декабре 2012 г.
27. он собирался использовать сначала гидродинамику и только ударные волны, а затем нейтронный нагрев, что было бы катастрофой. Это взорвало бы его еще до того, как он заработал. Это Теллер придумал излучение. Архивировано 23.02.2021 в Wayback Machine , интервью Американского института физики с Маршаллом Розенблутом, проведенное Каем-Хенриком Бартом в августе 2003 г.
28. 4.4 Элементы конструкции термоядерного оружия Архивировано 11 марта 2016 г. на Wayback Machine . Nuclearweaponarchive.org. Получено 01.05.2011.
29. До тех пор, пока в начале 1950-х годов не была разработана надежная конструкция, водородная бомба (публичное название) называлась инсайдерами супербомбой. После этого инсайдеры использовали более описательное название: двухступенчатая термоядерная. Два примера. Из Herb York, The Advisors , 1976, «Эта книга о ... разработке водородной бомбы, или супербомбы, как ее тогда называли». стр. ix, и «Быстрая и успешная разработка супербомбы (или супер, как ее стали называть) ...» стр. 5. Из National Public Radio Talk of the Nation, 8 ноября 2005 года, Зигфрид Хеккер из Лос-Аламоса, «водородная бомба — то есть двухступенчатое термоядерное устройство, как мы его называли — действительно является основной частью арсенала США, как и российского арсенала».
30. Howard Morland, «Born Secret» Архивировано 12 декабря 2017 г. в Wayback Machine , Cardozo Law Review , март 2005 г., стр. 1401–1408.
31. Кемп, Тед (3 сентября 2017 г.). «Северокорейская водородная бомба: прочитайте полное заявление из Пхеньяна». CNBC News. Архивировано из оригинала 4 сентября 2017 г. Получено 5 сентября 2017 г.
32. "Возможности ядерного оружия Израиля: обзор". wisconsinproject.org . Архивировано из оригинала 29-04-2015 . Получено 03-10-2016 .
33. «Повышенная безопасность, сохранность и технологичность надежной заменяющей боеголовки», NNSA, март 2007 г.
34. Рисунок 1976 года, архив 3 апреля 2016 года, в Wayback Machine , изображающий промежуточный каскад, который поглощает и повторно излучает рентгеновские лучи. Из Howard Morland, "The Article", архив 22 марта 2016 года, в Wayback Machine Cardozo Law Review , март 2005 года, стр. 1374.
35. Ян Сэмпл (6 марта 2008 г.). «Техническая заминка задерживает возобновление ядерных боеголовок для Trident». The Guardian . Архивировано из оригинала 5 марта 2016 г. Получено 15 декабря 2016 г.
36. "ArmsControlWonk: FOGBANK" Архивировано 14 января 2010 г., на Wayback Machine , 7 марта 2008 г. (дата обращения 06.04.2010)
37. «SAND8.8 – 1151 Данные о ядерном оружии – Sigma I», Архивировано 23 апреля 2016 г. в Wayback Machine Sandia Laboratories, сентябрь 1988 г.
38. Рисунок Гринпис. Архивировано 15 марта 2016 г. в Wayback Machine Из Морленда, Cardozo Law Review , март 2005 г., стр. 1378.
39. ««Будильник»… стал практичным только благодаря включению Li6 (в 1950 году) и его комбинации с радиационной имплозией». Ганс А. Бете, Меморандум об истории термоядерной программы. Архивировано 4 марта 2016 года в Wayback Machine , 28 мая 1952 года.
40. Родс 1995, стр. 256.
41. Смотрите карту .
42. {https://direct.mit.edu/jcws/article-abstract/23/2/133/101892/Ripple-An-Investigation-of-the-World-s-Most?redirectedFrom=fulltext}
43. 4.5 Проекты термоядерного оружия и более поздние подразделы Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine . Nuclearweaponarchive.org. Получено 01.05.2011.
44. Operation Hardtack I. Архивировано 10 сентября 2016 г. на Wayback Machine . Nuclearweaponarchive.org. Получено 01.05.2011.
45. Операция Redwing Архивировано 10 сентября 2016 г. на Wayback Machine . Nuclearweaponarchive.org. Получено 01.05.2011.
46. Рамзаев, В.; Репин, В.; Медведев, А.; Храмцов, Е.; Тимофеева, М.; Яковлев, В. (июль 2011 г.). «Радиологические исследования на месте ядерного взрыва «Тайга»: описание места и измерения на месте». Журнал экологической радиоактивности . 102 (7): 672–680. Bibcode :2011JEnvR.102..672R. doi :10.1016/j.jenvrad.2011.04.003. PMID  21524834.
47. Рамзаев, В.; Репин, В.; Медведев, А.; Храмцов, Е.; Тимофеева, М.; Яковлев, В. (июль 2012 г.). «Радиологические исследования на месте ядерного взрыва «Тайга», часть II: искусственные γ-излучающие радионуклиды в почве и результирующая мощность кермы в воздухе». Журнал экологической радиоактивности . 109 : 1–12. Bibcode :2012JEnvR.109....1R. doi :10.1016/j.jenvrad.2011.12.009. PMID  22541991.
48. Барнаби, Фрэнк (2012). Роль и контроль над оружием в 1990-х годах. Routledge. ISBN 978-1134901913. Архивировано из оригинала 2021-09-04 . Получено 2020-11-02 .
49. "Bulletin of the Atomic Scientists". Educational Foundation for Nuclear Science, Inc. Март 1991. Архивировано из оригинала 2021-09-04 . Получено 2020-11-02 .
50. SDI: Технология, живучесть и программное обеспечение. DIANE. ISBN 978-1428922679. Архивировано из оригинала 2021-09-04 . Получено 2020-11-02 .
51. Барнаби, Фрэнк (2012). Роль и контроль над оружием в 1990-х годах. Routledge. ISBN 978-1134901913. Архивировано из оригинала 2021-09-04 . Получено 2020-11-02 .
52. Gsponer, Andre (2005). «Ядерное оружие четвертого поколения: военная эффективность и побочные эффекты». arXiv : physics/0510071 .
53. Никогда не говори «никогда» Архивировано 18 апреля 2016 г. на Wayback Machine . Whyfiles.org. Получено 01.05.2011.
54. «Решения о рассекречивании ограниченных данных с 1946 года по настоящее время (RDD-7)». 1 января 2001 г.
55. Гласстон, Сэмюэл (1962). Эффекты ядерного оружия. Министерство обороны США, Комиссия по атомной энергии США. С. 464–466.
56. Саблетт, Кэри. «Часто задаваемые вопросы о ядерном оружии: 1.6».
57. Рамзаев, В; Репин, В; Медведев, А; Храмцов, Е; Тимофеева, М; Яковлев, В (2011). «Радиологические исследования на месте ядерного взрыва «Тайга»: описание места и измерения на месте». Журнал экологической радиоактивности . 102 (7): 672–680. Bibcode :2011JEnvR.102..672R. doi :10.1016/j.jenvrad.2011.04.003. PMID  21524834.
58. Рамзаев, В; Репин, В; Медведев, А; Храмцов, Е; Тимофеева, М; Яковлев, В (2012). «Радиологические исследования на месте ядерного взрыва «Тайга», часть II: искусственные радионуклиды, излучающие γ-лучи в почве, и результирующая мощность кермы в воздухе». Журнал экологической радиоактивности . 109 : 1–12. Bibcode :2012JEnvR.109....1R. doi :10.1016/j.jenvrad.2011.12.009. PMID  22541991.
59. Винтерберг, Фридвардт (2010). Высвобождение термоядерной энергии путем инерционного удержания: пути к воспламенению. World Scientific. стр. 192–193. ISBN 978-9814295918. Архивировано из оригинала 2021-08-05 . Получено 2020-11-02 .
60. Croddy, Eric A.; Wirtz, James J.; Larsen, Jeffrey, Eds. (2005). Оружие массового поражения: энциклопедия мировой политики, технологий и истории. ABC-CLIO, Inc. стр. 376. ISBN 978-1-85109-490-5. Архивировано из оригинала 2021-09-04 . Получено 2020-11-02 .{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
61. "Fission, Fusion and Staging". IERI . Архивировано из оригинала 2016-03-05 . Получено 2013-05-22 ..
62. Военно-воздушные силы и стратегическое сдерживание 1951–1960. USAF historic Division Liaison Office Джорджа Ф. Леммера, 1967, стр. 13. Ранее ограниченные данные. Архивировано 17 июня 2014 г. в Wayback Machine .
63. Веллерстайн, Алекс (12 сентября 2012 г.). «В поисках большего бума».
64. "2013 FOIA Log" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2016-03-04 . Получено 2014-10-06 .
65. "Дело № FIC-15-0005" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2016-10-25 . Получено 2016-10-25 .
66. Веллерстайн, Алекс (29 октября 2021 г.). «Неземное зрелище: нерассказанная история о самой большой в мире бомбе». Бюллетень ученых-атомщиков.
67. "Новое применение ядерного оружия: охота на астероиды-изгои. Настойчивая кампания разработчиков оружия по разработке ядерной защиты от внеземных камней медленно завоевывает государственную поддержку 2013". Центр общественной честности . 2013-10-16. Архивировано из оригинала 2016-03-20 . Получено 7 октября 2014 .
68. Джейсон Мик (17 октября 2013 г.). «Мать всех бомб будет сидеть в ожидании на орбитальной платформе». Архивировано из оригинала 9 октября 2014 г.
69. семинар по планетарной обороне LLNL 1995
70. «Нейтронная бомба: почему «чистота» смертельна». BBC News . 15 июля 1999 г. Архивировано из оригинала 7 апреля 2009 г. Получено 6 января 2010 г.
71. Уильям Дж. Брод, «Скрытые путешествия бомбы: инсайдеры атомной отрасли утверждают, что оружие было изобретено только один раз, а его секреты были распространены по всему миру шпионами, учеными и тайными действиями ядерных государств», New York Times , 9 декабря 2008 г., стр. D1.
72. Сервер, Роберт (1992). The Los Alamos Primer (1-е изд.). Беркли: Издательство Калифорнийского университета. ISBN 978-0520075764.
73. Сибил Фрэнсис, Warhead Politics: Livermore and the Competitive System of Nuclear Warhead Design , UCRL-LR-124754, июнь 1995 г., докторская диссертация, Массачусетский технологический институт, доступна в Национальной технической информационной службе. Эта 233-страничная диссертация была написана сторонним сотрудником оружейной лаборатории для публичного распространения. Автор имела доступ ко всей секретной информации в Ливерморе, которая имела отношение к ее исследованиям по проектированию боеголовок; следовательно, она была обязана использовать неописательные кодовые слова для определенных инноваций.
74. Уолтер Гоуд, Декларация по делу Вэнь Хо Ли Архивировано 8 марта 2016 г. в Wayback Machine , 17 мая 2000 г. Гоуд начал работу над проектированием термоядерного оружия в Лос-Аламосе в 1950 г. В своей Декларации он упоминает «основные научные проблемы вычислимости, которые не могут быть решены только за счет увеличения вычислительной мощности. Они типичны для проблемы долгосрочных прогнозов погоды и климата и распространяются на прогнозы поведения ядерного оружия. Это объясняет тот факт, что после огромных вложений усилий в течение многих лет на коды оружия по-прежнему нельзя полагаться для существенно новых проектов».
75. Чак Хансен, Мечи Армагеддона , Том IV, стр. 211–212, 284.
76. Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона. Том IV. Архивировано из оригинала 2016-12-30 . Получено 2016-05-20 .
77. Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона. Том III. Архивировано из оригинала 2016-12-30 . Получено 2016-05-20 .
78. Доктор Джон С. Кларк, как он рассказал Роберту Кану, «Мы были в ловушке из-за радиоактивных осадков», The Saturday Evening Post , 20 июля 1957 г., стр. 17–19, 69–71.
79. Rhodes, Richard (1995). Dark Sun; Создание водородной бомбы . Simon and Schuster. стр. 541. ISBN 9780684804002.
80. Чак Хансен, Мечи Армагеддона , Том VII, стр. 396–397.
81. Сибил Фрэнсис, Warhead Politics , стр. 141, 160.
82. Харви, Джон Р.; Михаловски, Стефан (1994). «Безопасность ядерного оружия: случай с Trident» (PDF) . Наука и всеобщая безопасность . 4 (3): 261–337. Bibcode :1994S&GS....4..261H. doi :10.1080/08929889408426405. Архивировано (PDF) из оригинала 2012-10-16.
83. От Polaris до Trident: Развитие технологии баллистических ракет флота США. ISBN 978-0521054010.. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

Библиография

• Коэн, Сэм , Правда о нейтронной бомбе: Изобретатель бомбы говорит , Уильям Морроу и компания, 1983
• Костер-Маллен, Джон, «Атомные бомбы: совершенно секретная внутренняя история маленького мальчика и толстяка», самостоятельное издание, 2011 г.
• Гласстон, Сэмюэл и Долан, Филип Дж., редакторы, «Влияние ядерного оружия» (третье издание). Архивировано 03.03.2016 в Wayback Machine (PDF), типография правительства США, 1977.
• Грейс, С. Чарльз, Ядерное оружие: принципы, эффекты и живучесть (Наземная война: Новые системы и технологии боевого оружия Брасси, том 10)
• Хансен, Чак , «Мечи Армагеддона: разработка ядерного оружия США с 1945 г. Архивировано 30 декабря 2016 г. в Wayback Machine » (доступны 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 2015 г. в Wayback Machine , Управление оценки технологий (май 1979 г.).
• Rhodes, Richard. Создание атомной бомбы . Simon and Schuster, Нью-Йорк, (1986 ISBN 978-0-684-81378-3 ) 
• Rhodes, Richard . Dark Sun: The Making of the Hydrogen Bomb . Simon and Schuster, Нью-Йорк, (1995 ISBN 978-0-684-82414-7 ) 
• Смит, Генри ДеВольф , Атомная энергия в военных целях. Архивировано 21 апреля 2017 г. в Wayback Machine , Princeton University Press, 1945 г. (см.: Отчет Смита )

 В этой статье используется текст из свободного контента . Текст взят из Nuclear Weapons FAQ: 1.6, Carey Sublette.

Внешние ссылки

• Архив ядерного оружия Кэри Саблетт является надежным источником информации и содержит ссылки на другие источники.
  • Часто задаваемые вопросы о ядерном оружии: Раздел 4.0 Проектирование и разработка ядерного оружия
• Федерация американских ученых предоставляет надежную информацию об оружии массового поражения, включая ядерное оружие, и его последствиях.
• Дополнительная информация о конструкции двухступенчатых термоядерных бомб
• Список критически важных военных технологий (MCTL), часть II (1998) (PDF) с веб-сайта Министерства обороны США на сайте Федерации американских ученых.
• "Решения о рассекречивании ограниченных данных с 1946 года по настоящее время", серия отчетов Министерства энергетики, опубликованная с 1994 года по январь 2001 года, в которой перечислены все известные действия по рассекречиванию и их даты. Размещено Федерацией американских ученых.
• «Бомба Холокоста: вопрос времени» — это обновленная версия судебного дела 1979 года «США против Progressive» со ссылками на подтверждающие документы по разработке ядерного оружия.
• Аннотированная библиография по проектированию ядерного оружия из цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсос
• Проект по изучению международной истории распространения ядерного оружия (NPIHP) Центра Вудро Вильсона представляет собой глобальную сеть отдельных лиц и учреждений, занимающихся изучением международной ядерной истории с помощью архивных документов, устных интервью и других эмпирических источников.