Тампер – это дополнительный слой плотного материала, окружающий делящийся материал . Он используется в конструкции ядерного оружия для уменьшения критической массы ядерного оружия и задержки расширения реагирующего материала за счет его инерции . Благодаря своей инерции он задерживает тепловое расширение делящейся топливной массы, дольше сохраняя ее в сверхкритическом состоянии . Часто один и тот же слой служит и тампером, и отражателем нейтронов . Оружие распадается по мере развития реакции, и это останавливает реакцию, поэтому использование тампера обеспечивает более продолжительный, более энергичный и более эффективный взрыв. Выход можно дополнительно повысить, используя делящийся тампер.
В первом ядерном оружии использовались тяжелые тамперы из природного урана или карбида вольфрама , но тяжелый тампер требует более крупной фугасной имплозивной системы и делает все устройство больше и тяжелее. Вместо этого в первичной ступени современного термоядерного оружия может использоваться легкий бериллиевый отражатель, который также прозрачен для рентгеновских лучей при ионизации , что позволяет быстро выделять энергию первичной ступени и использовать ее для сжатия вторичной ступени. Более экзотические материалы, такие как золото, используются для особых целей, таких как излучение большого количества рентгеновских лучей или максимизация или минимизация радиоактивных осадков .
Хотя эффект тампера заключается в повышении эффективности как за счет отражения нейтронов , так и за счет задержки расширения бомбы, влияние на критическую массу не так велико. Причина этого в том, что процесс размышления требует много времени. К тому времени, когда отраженные нейтроны вернутся в ядро, пройдет несколько поколений цепной реакции , а это означает, что вклад старшего поколения составляет лишь небольшую часть популяции нейтронов.
В книге «Атомная энергия для военных целей» (1945) физик Генри ДеВольф Смит описал функцию тампера в конструкции ядерного оружия как аналогичную функции отражателя нейтронов, используемого в ядерном реакторе :
Подобную оболочку можно использовать для уменьшения критического размера бомбы, но здесь у оболочки есть дополнительная роль: сама ее инерция задерживает расширение реагирующего материала. По этой причине такой конверт часто называют тампером. Использование тампера явно обеспечивает более продолжительный, более энергичный и эффективный взрыв. [1]
Идея окружения ядра ядерного оружия тампером была представлена Робертом Сербером в его «Лос-Аламосском учебнике» , серии лекций, прочитанных в апреле 1943 года в рамках Манхэттенского проекта , в рамках которого было создано первое ядерное оружие . Он отметил, что, поскольку инерция является ключевым моментом, наиболее плотные материалы являются предпочтительными, и назвал золото , рений , вольфрам и уран лучшими кандидатами. Он считал, что они также обладают хорошими свойствами отражения нейтронов , хотя и предостерег, что в этой области необходимо проделать еще очень много работы. Используя элементарную теорию диффузии , он предсказал, что критическая масса ядерного оружия с тампером составит одну восьмую от критической массы идентичного, но нетронутого оружия. Он добавил, что на практике это будет лишь около четверти вместо восьмой. [2] [3]