Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено от инициатора нейтронов )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Модулированный нейтронов инициатором является источником нейтронов , способный производить взрыв нейтронов на активацию. Это критически важная часть некоторого ядерного оружия , поскольку его роль заключается в том, чтобы «запустить» цепную реакцию в оптимальный момент, когда конфигурация становится критической . Он также известен как внутренний нейтронный инициатор . Инициатор обычно помещается в центр плутониевой ямы и активируется ударом сходящейся ударной волны .

Одним из ключевых элементов правильной эксплуатации ядерного оружия является своевременное инициирование цепной реакции деления. Чтобы получить значительный ядерный выход, в сверхкритической активной зоне должно присутствовать достаточное количество нейтронов в нужное время. Если цепная реакция начнется слишком рано (« преддетонация »), результатом будет только « выход шипения », значительно ниже проектной спецификации, поэтому критически важно низкое спонтанное нейтронное излучение материала ямы. Если это произойдет слишком поздно, ядро ​​начнет расширяться и разбираться в менее плотное состояние, что приведет к снижению выхода (меньшее количество материала ядра подвергается делению) или вообще отсутствию выхода (ядро больше не является критической массой). ).

Для оружия с усиленным делением критичным является размер расположенного в центре инициатора, и он должен быть как можно меньше. Использование внешнего источника нейтронов обеспечивает большую гибкость, например, регулируемый выход.

Дизайн [ править ]

Обычная конструкция основана на комбинации бериллия- 9 и полония-210 , разделенных до активации, а затем помещенных в плотный контакт с помощью ударной волны. Источниками альфа также считались полоний-208 и актиний-227 . Используемый изотоп должен иметь сильное альфа-излучение и слабое гамма-излучение, поскольку гамма-фотоны также могут выбивать нейтроны и не могут быть столь эффективно экранированы, как альфа-частицы. [1] Было разработано несколько вариантов, различающихся размерами и механической конфигурацией системы, обеспечивающей правильное смешивание металлов.

Urchin [ править ]

Urchin был кодовым названием внутреннего нейтронного инициатора, устройства, генерирующего нейтроны, которое запускало ядерную детонацию самых первых плутониевых атомных бомб, таких как The Gadget и Fat Man , после того, как критическая масса была «собрана» с помощью обычных взрывчатых веществ.

Инициатор, использовавшийся в первых устройствах, расположенный в центре плутониевой ямы бомбы , состоял из бериллиевой таблетки и бериллиевой оболочки с полонием между ними. Таблетка диаметром 0,8 см была покрыта никелем, а затем слоем золота . Бериллиевая оболочка имела внешний диаметр 2 см при толщине стенок 0,6 см. Внутренняя поверхность корпуса имела 15 концентрических клиновидных продольных канавок и была, как и внутренняя сфера, покрыта золотом и никелем. [2] [3] Небольшое количество полония-210 (50 кюри, 11 мг) было отложено в канавках оболочки и на центральной сфере: слои золота и никеля служили для защиты бериллия отальфа-частицы, испускаемые полонием. Весь еж весил около 7 граммов и был прикреплен к монтажным скобам во внутренней полости диаметром 2,5 см в яме. [4]

Когда приходит ударная волна от взрыва плутониевой активной зоны, она разрушает инициатор. Гидродинамические силы, действующие на желобчатую оболочку, тщательно и практически мгновенно смешивают бериллий и полоний, позволяя альфа-частицам полония сталкиваться с атомами бериллия. Реагируя на бомбардировку альфа-частицами, атомы бериллия испускают нейтроны со скоростью примерно 1 нейтрон каждые 5–10 наносекунд (см. Бериллий # Ядерные свойства ). Эти нейтроны запускают цепную реакцию в сжатом сверхкритическом плутонии. Размещение слоя полония между двумя большими массами бериллия обеспечивает контакт металлов, даже если турбулентность ударной волны работает плохо.

50 кюри полония генерировали около 0,1 Вт тепла распада , заметно нагревая маленькую сферу. [5]

Канавки на внутренней поверхности оболочки сформировали ударную волну в виде струй за счет эффекта Манро , подобного кумулятивному заряду , для быстрого и тщательного смешивания бериллия и полония. Поскольку эффект Манро менее надежен в линейной геометрии, в более поздних конструкциях использовалась сфера с коническими или пирамидальными внутренними углублениями вместо линейных канавок. В некоторых конструкциях инициаторов отсутствует центральная сфера, вместо этого она является полой. Преимущество полой конструкции, возможно, заключается в меньшем размере при сохранении надежности.

Короткий период полураспада полония (138,376 дня) требовал частой замены инициаторов и непрерывных поставок полония для их производства, поскольку срок их хранения составлял всего около 4 месяцев. [6] Более поздние образцы имели срок годности до 1 года.

Правительство США использовало Postum как кодовое название полония. [7]

Использование полония в качестве нейтронного инициатора было предложено в 1944 году Эдвардом Кондоном . Сам инициатор был разработан Джеймсом Л. Tuck , [8] и его разработка и тестирование проводилось в Лос - Аламосской национальной лаборатории в « Gadget » инициатор группы дивизии во главе с Чарльзом Кричфилд . [9]

Эбнер [ править ]

Другой инициатор (кодовое название ABNER ) был использован для урановой бомбы Little Boy . Его конструкция была проще и содержала меньше полония. Он сработал при попадании уранового снаряда в цель. Это было добавлено к конструкции запоздало и не имело существенного значения для функции оружия. [10]

Инициатор TOM [ править ]

Усовершенствованная конструкция инициатора, вероятно, основанная на конических или пирамидальных углублениях, была предложена в 1948 году, запущена в производство в Лос-Аламосе в январе 1950 года и испытана в мае 1951 года. В конструкции TOM использовалось меньше полония, так как количество нейтронов на миллиграмм. полония было выше, чем у ежа. Его внешний диаметр составлял всего 1 см. Первое боевое испытание инициатора TOM произошло 28 января 1951 года во время выстрела «Бейкер-1» в рамках операции «Рейнджер» . [11] Серия калибровочных экспериментов для определения времени инициирования и выходных данных инициаторов TOM была проведена во время операции Snapper , во время теста Фокса 25 мая 1952 года.

Цветок [ править ]

В 1974 году Индия провела ядерное испытание « Улыбающийся Будда» . Инициатор под кодовым названием «Цветок» был основан на том же принципе, что и Urchin. Считается, что полоний был нанесен на платиновую сетку в форме лотоса, чтобы максимально увеличить ее поверхность, и был заключен в танталовую сферу, окруженную урановой оболочкой с заделанными гранулами бериллия. Согласно другим источникам, конструкция была еще больше похожа на Urchin, с бериллиевой оболочкой, которая создавала бериллиевые струи при взрыве. Внешний диаметр инициатора составляет 1,5 см или «около 2 см». [12]

Другой дизайн [ править ]

Дейтерид урана (UD 3 ) может быть использован для создания нейтронного умножителя. [13] [14]

Оружие с усиленным делением и оружие, использующее внешние генераторы нейтронов, предлагают возможность переменной мощности , позволяя выбирать мощность оружия в зависимости от тактических потребностей.

Развитие [ править ]

Полоний, используемый в инициаторе ежа, был создан в Национальной лаборатории Ок-Ридж, а затем извлечен и очищен в рамках Дейтонского проекта под руководством Чарльза Аллена Томаса . Проект Дейтон был один из различных сайтов , содержащих Манхэттенский проект .

В 1949 году открылись Mound Laboratories в соседнем Майамисбурге, штат Огайо, в качестве замены Дейтонского проекта и нового центра исследований и разработок ядерных инициаторов. Полоний-210 был получен нейтронным облучением висмута . Производство и исследования полония в Кургане были прекращены в 1971 г. [15]

Полоний из Дейтона был использован отделением G Лос-Аламоса в исследованиях конструкции инициатора на испытательном полигоне в каньоне Сандиа. Группа инициаторов построила испытательные сборки, просверлив отверстия в больших шарикоподшипниках турбины, вставив активный материал и заткнув отверстия болтами. Эти тестовые сборки были известны как болванки . Испытательные сборки были взорваны, а их останки изучены, чтобы проверить, насколько хорошо смешались полоний и бериллий. [16]

Нейтронные трубки W76

Производство бериллиево-полониевых инициаторов TOM закончилось в 1953 году. Инициаторы были заменены на другую конструкцию, которая немного снизила мощность оружия, но их более длительный срок хранения снизил сложность логистики. [17] запечатано нейтронный инициатор , приведен в инвентарь в конце 1954 года, по- прежнему требуется периодическая разборка для доступа к его капсуле для проверки технического обслуживания. Капсулы были полностью сняты с производства в 1962 году. [18]

Позднее инициаторы типа Urchin были заменены другими средствами генерации нейтронов, такими как импульсные излучатели нейтронов , в которых не используется полоний. Используя тритий с периодом полураспада 12,3 года вместо полония, они имеют гораздо больший интервал замены. Они устанавливаются вне ямы и электрически контролируются, поскольку нейтроны легко проходят через значительную массу без взаимодействия. Эти инициаторы были более управляемыми и позволяли значительно повысить надежность оружия.

См. Также [ править ]

  • Дизайн ядерного оружия
  • Дейтонский проект
  • Голубой камень (нейтронный инициатор)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Часто задаваемые вопросы о ядерном оружии, раздел 4.1, версия 2.04: 20 февраля 1999 г.
  2. ↑ The Design of Gadget, Fat Man и «Joe 1» (RDS-1). Архивировано 10 февраля 2010 г. в Wayback Machine . Cartage.org.lb. Проверено 8 февраля 2010.
  3. ↑ Об истоках советского атомного проекта . Nuclearweaponarchive.org (15 апреля 1998 г.). Проверено 8 февраля 2010.
  4. ^ Часто задаваемые вопросы о ядерном оружии, раздел 8.0, версия 2.18: 3 июля 2007 г.
  5. ^ 4.1 Элементы конструкции оружия деления . Nuclearweaponarchive.org (1953-05-19). Проверено 8 февраля 2010.
  6. ↑ Abrahamson | Пионеры Sandia . Unc.edu. Проверено 8 февраля 2010.
  7. ^ Инъекционный полоний в Humans , Федерация американских ученых, 12 декабря 2006 Стивен Афтергуд
  8. ^ Ференц Мортон Сас (1992). Британские ученые и Манхэттенский проект: годы Лос-Аламоса . Пэлгрейв Макмиллан. С. 24–. ISBN 978-0-312-06167-8. Проверено 22 апреля 2011 года .
  9. ^ «Манхэттенский проект и организации-предшественники» . Массив современных американских физиков . Американский институт физики. Архивировано из оригинала на 2012-10-17 . Проверено 11 марта 2013 .
  10. ↑ Кэри Сублетт, Раздел 8.0. Первое ядерное оружие , Архив ядерного оружия: Руководство по ядерному оружию (3 июля 2007 г.).
  11. ^ http://www.stealthskater.com/Documents/Nuke_16.pdf
  12. ^ Программа ядерного оружия Индии - Улыбающийся Будда: 1974 . Nuclearweaponarchive.org. Проверено 8 февраля 2010.
  13. ^ [1] Архивировано 4 июня 2011 года в Wayback Machine.
  14. ^ Инициаторы дейтерида урана . ArmsControlWonk (14 декабря 2009 г.). Проверено 8 февраля 2010.
  15. ^ Полоний . Globalsecurity.org (27 апреля 2005 г.). Проверено 8 февраля 2010.
  16. ^ Создание атомной бомбы, Ричард Родс, 1986, Саймон и Шустер, ISBN 0-684-81378-5 стр. 580 
  17. ^ Записка секретаря, Subject: часть III - Оружие доклад о ходе работы Объединенного комитета, июнь - ноябрь 1953 года . Проверено 8 февраля 2010.
  18. ^ Ядерное оружие Соединенных Штатов . Globalsecurity.org. Проверено 8 февраля 2010.