Бомба из гидрида урана - Uranium hydride bomb

В бомба из гидрида урана был вариант дизайна Атомная бомба впервые предложено Роберт Оппенгеймер в 1939 году и поддержан и испытан Эдвард Теллер.[1] Он использовал дейтерий, изотоп водород, как замедлитель нейтронов в уран-дейтериевом керамическом компакте. В отличие от всех других типов оружия, основанного на расщеплении, концепция опирается на цепная реакция медленного ядерное деление (видеть нейтронная температура ). На эффективность бомбы отрицательно повлияло охлаждение нейтронов, поскольку последние задерживают реакцию, как это было обозначено Робом Сербером в его расширении 1992 г. Лос-Аламос Праймер.[2]

Термин «гидрид» для этого типа оружия был предметом недопонимания в открытой литературе. Хотя «гидрид» может ошибочно подразумевать, что используемый изотоп представляет собой водород, для бомбы был использован только дейтерий. ямы. Номенклатура используется аналогично термину «водородная бомба», где в последней используется дейтерий и иногда тритий.[3]

Известно, что были испытаны две бомбы, работающие на дейтериде урана: Рут и Рэй тестовые кадры во время Операция Upshot – Knothole. Оба теста дали урожай, сопоставимый с 200. тонн тротила каждый и считались шипит.[1][4] Все другие программы создания ядерного оружия полагались на быстрые нейтроны в конструкции их оружия.

Искореженная башня для Рут тест. Взрыв не смог выровнять испытательную башню, лишь несколько повредив ее.

Теория

Смотрите также: Дизайн ядерного оружия

На ранних этапах Манхэттенский проект, в 1943 г. дейтерид урана[Примечание 1] исследовался как перспективный бомбовый материал; от него отказались к началу 1944 года, так как оказалось, что такая конструкция будет неэффективной.[5] «Автокаталитический» дизайн, который возник в результате этого раннего исследования, был «Элмером», прекращенным оружием Mark 2 с радиальной имплозией. В нем использовались частицы дейтерида урана, покрытые парафином (для уменьшения пирофорность UD3) и карбид бора-10 (B4В) воск, равномерно распределенный по твердой сердцевине.[Заметка 2] Составной отведение и B4Предусматривался C-тампер с примерно 10,5 кг активного материала (например, UD3) в одной версии, а тампер BeO с 8,45 кг активного материала - в другой.[3]:260

Тяжелый водород (дейтерий) в дейтерид урана (UD3) или же дейтерид плутония (PuD3) замедляет (замедляет) нейтроны, тем самым увеличивая ядерное сечение за поглощение нейтронов. Результат должен был быть ниже требуемого. критическая масса, соответственно уменьшая количество чистого 235U или же 239Пу нужен для взрыва оружия.[6] В то же время из-за замедляющего действия дейтерия[2] требования к сжатию (по крайней мере в принципе) несколько ослаблены, что позволило бы собрать дополнительный делящийся материал в активной зоне, а также узел радиальной имплозии, который был намного проще и компактнее, чем тот, который предназначен для МК 3.[3]:258 На самом деле результатом было то, что более медленные нейтроны слишком сильно задерживали время реакции, уменьшая количество произведенных генераций деления; особенно по мере того, как активная зона расширяется и достигает области снегоочистителя (где прекращаются все ядерные реакции), большее количество нейтронов может вылететь из турбулентной поверхности активной зоны до того, как будет произведено достаточно энергии (для военных приложений). В целом замедление нейтронов резко снизило эффективность оружия до того, как инерционный заключение не удалось.[6][2] Стало понятно, что конечным результатом будет не полномасштабный взрыв устройства, а взрыв. Прогнозируемый выход энергии составлял около 1 килотонны в тротиловом эквиваленте (4,2 ТДж),[7] если ядро ​​работало так, как ожидалось; первая приблизительная оценка поведения «гидридной» бомбы появилась в 1944 г., когда Джеймс Конант прогнозируется, что 1 кт энергии будет получен примерно из 9 кг UD3.[8]

Почтовый война, Лос-Аламос физики продолжали исследования по этому предмету с низким приоритетом; во время моделирования Монте-Карло в декабре 1949 г.[3]:258 показали, что ядро ​​в принципе может работать, и в результате получается оружие значительно меньшего размера, чем МК 5 возник сильный скептицизм, поскольку изначально низкая эффективность топлива не улучшилась бы даже отдаленно, как это теоретически предполагалось, когда были включены полая активная зона и наддув, и предлагаемое испытание такой активной зоны в МК 4 Фугасный агрегат окончательно исключен из предварительного графика выстрелов Теплица.[3]:259

Автор мультфильма Георгий Гамов с изображением МК 2 "Элмер" и МК 8 "Элси", изображающий МК 2 ("хороший парень") как неуклюжий и непривлекательный.

UCRL тесты

Фильм Рут детонация.
Основная статья: Операция Upshot – Knothole

Несмотря на скептицизм Лос-Аламоса, Эдвард Теллер по-прежнему интересовался концепцией, и он и Эрнест Лоуренс экспериментировали с такими устройствами в начале 1950-х годов в UCRL, (Радиационная лаборатория Калифорнийского университета, потом Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора ). Оптимизм в новой лаборатории побудил UCRL даже предложить класс такого «стрелкового оружия» с использованием материала, назвав его «жеода». Устройства типа "Geode" будут компактными, линейными (двухточечными) имплозивными, с газовым ускорителем деления с использованием полых сфероидальный металлический уран или частично ("слегка") замедлители активной зоны, где металлическая оболочка из урана или плутония изнутри была облицована UD3[Заметка 3] с урожайностью порядка 10 тыс. тонн. Приложения этого класса устройств могут быть тактическими ядерными вооружениями, а также основными для компактных термоядерных систем.[1] «Жеоды» были, по сути, предшественниками "Лебедь" и его производные (например, устройства "Swift" и "Swallow").[Примечание 4][9]:6

В 1953 году в рамках операции Upshot – Knothole были сданы в эксплуатацию два испытательных устройства. Основная цель Радиационная лаборатория Калифорнийского университета дизайн был предварительным[10]:202 ядерное исследование для сферической дейтерированной полиэтиленовой шихты, содержащей дейтерид урана[11]:глава 15 в качестве кандидата на термоядерное топливо для "Радиатора", раннего воплощения «Моргенштерн».[10]:203 Была надежда, что дейтерий сплавляется (становится активной средой) в сердечнике вторичной обмотки при соответствующем сжатии посредством радиационной имплозии. Топливо было выбрано таким образом, чтобы термоядерная программа UCRL не могла конкурировать с LASL по дефицитным материалам в то время, в частности литий.[Примечание 5][10]:24 В случае успеха устройства могут также привести к созданию компактной первичной обмотки, содержащей минимальное количество делящегося материала и достаточно мощной, чтобы воспламенить Ramrod.[10]:149 другой Ядерная бомба Mark 22 прототип разработан UCRL в то время. Для первичной обмотки гидридного типа степень сжатия не заставит дейтерий плавиться, поэтому конструкция будет по существу чисто ядерным оружием, а не усиленным.[3]:258 Сами устройства протестированы в Upshot-Knothole были экспериментальными системами, а не прототипами оружия, и не были предназначены для использования в качестве оружия или термоядерных примитивов.[10]:202 В ядра состояла из смеси дейтерид урана (UD3),[10]:202 прессованный дейтерированным полиэтиленом. Бор не использовался. Ядра протестированы в Upshot-Knothole использовали различную «смесь» (или обогащение) урана, замедленную дейтерий.[3]:260 Предсказанный урожай составлял от 1,5 до 3 узлов для Рут (с максимальной потенциальной мощностью 20 тыс.[12]:96) и 0,5-1 узлы для Рэй. Испытания дали урожайность около 200 тонн тротила каждый; оба теста считались шипит.[13]

Рут, который использовал дейтерий и обогащенный уран в твердой сферической яме с тампером из природного урана, был первым устройством, почти полностью разработанным в Ливерморе; стреляли 31 марта 1953 г. в 05:00 по местному времени (13:00 по Гринвичу) в г. Меркурий, Невада. Взрывное устройство «Гидрид I»,[Примечание 6] использовал МК-6 Сборка ВВ из взрывных линз Композиции Б и Баратол,[12]:198 и XMC-305 бетатрон был предоставлен для инициирования через фотоделение,[12]:96 весил 7400 фунтов (3400 кг), имел диаметр 56 дюймов (140 см) и длину 66 дюймов (170 см). Ядерная система весила 6750 фунтов (3060 кг). Вопреки прогнозам 1,5–3 тыс. Тонн фактическая добыча составила всего 200 тонн. Уолли Декер, молодой инженер лаборатории, охарактеризовал звук, производимый при выстреле, как «хлопающий». Устройство не смогло «автоматически рассекретить» свой испытательный полигон, где нижние 100 футов (30 м) 300-футовой (91 м) испытательной башни остались нетронутыми, средняя треть разбросана по испытательной зоне и испарилась только верхняя треть.[13]

Второе устройство, протестированное в Рэй Событие, использовал дейтерий и другую концентрацию обогащенного урана в его твердой сферической яме.[12]:98 Аппарат получил название «Гидрид II»,[Примечание 7] и он также использовал МК-6 Сборка HE[12]:198; он также был инициирован бетатроном XMC-305, запущенным в известное время.[12]:96 Будучи родственным устройством Hydride I, устройство Hydride II только имело другую «топливную» смесь карьера и те же размеры и вес, что и Рут тестовое устройство.[12]:96 Он был обстрелян из кабины на вершине 30-метровой башни 11 апреля 1953 года. Несмотря на то, что выстрел Рэя выровнял ее башню, грузоподъемность составляла всего 220 тонн;[15]:101 в то время как это было лучше, чем Рут, выход по-прежнему составлял примерно десятую часть прогнозируемого значения 0,5–1 тыс. тонн.

Рекомендации

Примечания
  1. ^ Несекретное имя было "Мантикора", как видно из Фрэнсиса, Политика боеголовок.
  2. ^ Распределение бора-10 было явно более полезным,[3]:260 и он покончил с более ранней и громоздкой схемой «Бороновый пузырь».[2]
  3. ^ отсюда и название жеоды, которые обычно состоят из сфероидальных полостей, выстланных изнутри кристаллами.[9]:213
  4. ^ Все названия устройств следовали инициалам «Стрелковое оружие».[9]:50
  5. ^ Идея дешевого термоядерного топлива была продолжена UCRL с разработкой «Водного котла», примитивного типа двухступенчатых термоядерных устройств и ранней концепции дизайна «Радиатора», в котором использовались бы решения тяжелой воды. фторид уранила. По сути, они были переведены из LASL в UCRL и продолжили исследования экспериментов 1952 года, проведенных в LASL от имени Теллера, незадолго до ухода последнего из LASL в недавно созданный UCRL.[10]:207
  6. ^ Несекретное имя было «Василиск I», как видно из Франциска, Политика боеголовок[14].
  7. ^ Несекретное имя было «Василиск II», как видно из Франциска, Политика боеголовок.
Цитаты
  1. ^ а б c Операция Upshot-Knothole
  2. ^ а б c d Сербер, Роберт (1992). The Los Alamos Primer: Первые лекции о том, как построить атомную бомбу.
  3. ^ а б c d е ж грамм час Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона. я. Получено 2016-12-28.
  4. ^ W48 - globalsecurity.org
  5. ^ Мур, Майк (июль 1994). "Хорошо лежит". Бюллетень ученых-атомщиков. 50 (4): 2. Bibcode:1994BuAtS..50d ... 2M. Дои:10.1080/00963402.1994.11456528. Получено 2010-02-07.
  6. ^ а б Ходдесон, Лилиан; Пол В. Хенриксен; и другие. (2004). Критическая сборка: техническая история Лос-Аламоса в годы Оппенгеймера, 1943-1945 гг. (Google Книги). Издательство Кембриджского университета. ISBN  0-521-54117-4. Получено 15 декабря, 2008.
  7. ^ Операция Upshot-Knothole (Архив ядерного оружия)
  8. ^ Конант, Джеймс (1944). Результаты поездки в Лос-Анджелес, 1944 год.
  9. ^ а б c Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона. IV. Получено 2016-12-28.
  10. ^ а б c d е ж грамм Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона. III. Получено 2016-12-28.
  11. ^ Херкен, Грегг (2003). Братство бомбы.
  12. ^ а б c d е ж грамм Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона. VII. Получено 2016-12-28.
  13. ^ а б Кэри Саблетт. "Операция Upshot-Knothole 1953 - испытательный полигон в Неваде." Архив ядерного оружия. Проверено 4 мая 2008.
  14. ^ страница 2 архивного списка файлов PDF. Страница 69 из политика боеголовок.
  15. ^ Операция Upshot-Knothole Сводный отчет технического директора. 1953. Получено 2019-02-17.