Diagramele focoaselor nucleare
Prima bombă nucleară de producție americană - Little Man. Capacul carcasei a fost îndepărtat, dezvăluind elemente ale țevii pistolului cu încărcătura principală. Fotografie de Departamentul Apărării al SUA
În anii patruzeci ai secolului XX. oamenii de știință din țările lider au dezvoltat primele mostre de nucleare arme. Crearea unei muniții funcționale și pregătite pentru luptă s-a dovedit a fi o sarcină dificilă. A fost necesar să se vină și să implementeze un design care să îndeplinească mai multe cerințe complexe. Rezultatul acestor căutări a devenit mai târziu mai multe modele diferite de arme nucleare și o serie de variante ale acestora. Unii dintre ei au rămas înăuntru povestiri, în timp ce altele și-au confirmat eficacitatea și sunt încă folosite astăzi.
Schema de tun
Prima armă nucleară folosită într-o lovitură reală a fost băiețelul american. La 6 august 1945 a fost folosit în orașul japonez Hiroshima. Era aviaţie o bombă cu un focos bazat pe 64 kg de uraniu cu un randament real de 15-18 kt TNT. Pentru a simplifica proiectarea și a accelera producția, taxa a fost construită conform așa-numitului. tun sau design balistic.
Încărcarea circuitului de tun avea un design destul de simplu. A fost construit într-un corp tubular alungit - în acest scop au fost folosite butoaie de artilerie de calibru suficient. În interiorul cilindrului, la capete, au fost plasate două blocuri de uraniu-235 de masă subcritică. Unul dintre ele era mobil și echipat cu o încărcătură cu pulbere: atunci când muniția a fost inițiată, acest bloc a fost literalmente tras în al doilea. De asemenea, ar putea fi furnizată o sursă de neutroni.
Schema schematică a bombei „Baby”, diagramă tun. Blocurile de uraniu sunt marcate cu roșu. Grafică Wikimedia Commons
Când două blocuri au fost conectate, sarcina de uraniu a căpătat o masă supercritică, ceea ce a condus la lansarea unei reacții nucleare în lanț. O sursă separată de neutroni trebuia să mărească fiabilitatea funcționării. Pentru a dezvolta reacția și a crește puterea exploziei, a fost necesar să se mențină uraniul împreună în primele milisecunde - această sarcină a fost rezolvată datorită butoiului puternic și presiunii gazelor pulbere.
Designul tunului era simplu, dar avea dezavantaje semnificative. În primul rând, aceasta este o eficiență scăzută. Datorită caracteristicilor de proiectare, o parte semnificativă a încărcăturii principale în timpul exploziei a fost pulverizată în spațiu fără a avea timp să reacționeze. Deci, în reacția „Copil” doar cca. 1% uraniu. În plus, a existat riscul detonării spontane a unui produs gata de luptă.
Cu toate acestea, în primele etape ale dezvoltării forțelor nucleare, schema de tun și-a găsit aplicație. În SUA, au stăpânit producția la scară mică de produse Little Boy și au asamblat 35 de astfel de dispozitive. În plus, obuzele de artilerie timpurii cu echipamente nucleare au fost construite conform acestei scheme. Odată cu apariția modelelor noi și mai avansate, schema de tun a devenit un lucru de istorie.
Instalarea produsului Gadget pe un turn de testare, iulie 1945. Fotografie de Departamentul de Energie al SUA
Efect de strângere
Pe 16 iulie 1945 – cu câteva săptămâni înainte de lansarea „Bebei” – primul test de arme nucleare din lume a avut loc la locul de testare american Alamogordo. Încărcarea experimentală cu codul Gadget a fost realizată pe baza de plutoniu-239 și a fost construită conform așa-numitului. schema implozivă. Datorită caracteristicilor sale fizice, plutoniul nu permitea utilizarea unui circuit de tun cu o „împușcare” a unei părți a încărcăturii la alta.
Schema de implozie a propus utilizarea unui miez sferic de sarcină de plutoniu cu masă subcritică. În interiorul ei se afla o cavitate cu o sursă de neutroni metalic pentru a declanșa o reacție nucleară. Partea exterioară a miezului a fost acoperită cu mai multe straturi de exploziv „obișnuit”. Sfera rezultată a fost echipată cu un număr mare de siguranțe individuale, distribuite uniform pe suprafața sa. De asemenea, era necesar un dispozitiv de control pentru activarea simultană a tuturor siguranțelor, cu o abatere de cel mult milisecunde.
Detonarea simultană a întregii sarcini convenționale a comprimat nucleul și a forțat, de asemenea, elementul central să emită neutroni. Presiunea de la explozie a asigurat, de asemenea, că materialul fisionabil a fost menținut împreună în primele momente ale reacției în lanț.
Modelul focosului de implozie utilizat în produsele Gadget și Fat Man. Sunt vizibile numeroase fire de comandă a siguranțelor. Foto: Wikimedia Commons
Schema de implozie era mai complexă decât cea de tun, dar era mai fiabilă și mai eficientă. Conform acestei scheme a fost construită bomba cu plutoniu Fat Man, aruncată în august 1945 asupra orașului Nagasaki. Ulterior, în Statele Unite au fost dezvoltate și implementate noi modele de sarcini de implozie de diferite puteri și în diferite modele.
Dezvoltarea armelor nucleare sovietice a început cu schema de implozie. După ce au avut acces la informații despre evoluțiile americane, fizicienii noștri au luat în considerare experiența străină. Au abandonat designul nereușit al tunului și au început imediat să dezvolte produse cu un design de implozie. Primele produse autohtone, începând cu primul RDS-1, au fost construite tocmai conform acestei scheme.
Alte țări, aflate deja în stadiul primelor lor experimente cu arme nucleare, au folosit schema de implozie. De asemenea, au reușit să obțină o combinație de succes între performanță, fiabilitate și complexitate de producție.
Bombă nucleară sovietică RDS-4 cu design de implozie, adoptată pentru service în 1954. Prima armă nucleară tactică din lume. Foto: Wikimedia Commons
Opțiuni de dezvoltare
Schema de implozie cu compresie sferică a avut avantaje clare față de schema tunului, dar nu a fost lipsită de dezavantaje. În primul rând, eficiența a rămas scăzută - în probele timpurii nu au reacționat mai mult de 13-15%. substanță fisionabilă. Prin urmare, căutarea de noi idei și soluții a continuat, iar unele dintre noile scheme au fost implementate în practică. Practic, discuția a fost despre creșterea fiabilității și siguranței dispozitivelor nucleare.
La sfârșitul anilor patruzeci, ideea așa-zisului a fost propusă în SUA. amplificarea sarcinii nucleare. Idei similare au fost apoi explorate în alte țări. Această schemă este în general asemănătoare cu cea de implozie, dar a folosit o cantitate mică de combustibil termonuclear - deuteriu, tritiu sau compușii acestora - ca sursă de neutroni. Când este comprimată, această substanță produce neutroni cu energie crescută, care inițiază mai eficient o reacție în lanț în sarcina principală. Acest lucru crește eficiența de încărcare și, odată cu aceasta, puterea realizabilă. În plus, prin plasarea sursei de neutroni într-o încărcare imediat înainte de utilizare, siguranța operațională poate fi îmbunătățită.
În anii cincizeci, a apărut o schemă cunoscută sub numele de Swan (în engleză: „Swan”). A primit acest nume datorită secțiunii transversale a focosului asamblat, care amintește de gâtul curbat al lebedelor. Un produs cu un astfel de design are o sarcină sferică de masă subcritică, iar sarcina de inițiere a unui exploziv convențional, responsabil de compresie, are o formă curbă complexă. Sarcina principală este plasată decalat față de marginea unei astfel de carcasi.
Liderul nord-coreean Kim Jong-un inspectează o machetă a unui focos nuclear. Judecând după formă, acesta este un produs de tip implozie. Fotografie de KCNA
Detonarea unei încărcări „obișnuite” se realizează folosind o singură siguranță, ceea ce simplifică designul și elimină necesitatea de a sincroniza mai multe dispozitive similare. În acest caz, forma încărcăturii de inițiere conduce și distribuie unda de șoc astfel încât comprimarea sferei de plutoniu să aibă loc într-un mod optim. Încărcarea unui astfel de circuit poate fi echipată cu siguranțe suplimentare: atunci când sunt declanșate, acestea perturbă trecerea undei de șoc și împiedică începerea unei reacții în lanț.
Tehnologii fundamental noi
În anii patruzeci și cincizeci, oamenii de știință din țările lider au dezvoltat mai multe modele de încărcare nucleară de bază, precum și o serie de versiuni ale acestora cu diferite modificări. Pe baza acestor idei a fost creată muniție adevărată, care a fost ulterior pusă în funcțiune. Cu toate acestea, pe la mijlocul anilor cincizeci, procesul de dezvoltare fundamentală și de reînnoire a armelor nucleare bazate pe dezintegrare a atins rezultatele maxime posibile în acel moment și a început să încetinească.
În același timp, au început lucrările la scară largă pentru crearea unei noi generații de arme super-puternice - încărcături termonucleare bazate pe sinteza elementelor. De-a lungul timpului, toate eforturile oamenilor de știință și inginerilor s-au concentrat în mod special pe direcția termonucleară. Încărcările nucleare „convenționale” erau considerate acum doar ca prima etapă a unui sistem termonuclear.
Vedere în secțiune a muniției de tip Swan. Miezul de plutoniu este marcat cu verde, singura siguranță responsabilă de funcționare este în roșu. Grafică Wikimedia Commons
În ciuda schimbării obiectivelor generale, dezvoltarea dispozitivelor nucleare „convenționale” a continuat, deși fără introducerea de soluții și idei fundamental noi. Conform datelor cunoscute, au fost utilizate în principal versiuni diferite ale circuitului de implozie, îndeplinind cerințele proiectelor specifice. Această abordare poate fi încă menținută - corespunde pe deplin sarcinilor setate și vă permite să creați mostre cu caracteristicile necesare.
Pe o bază solidă
Armele nucleare au apărut și au intrat în arsenalele țărilor conducătoare la mijlocul secolului trecut. În același timp, oamenii de știință și designerii au căutat și au lucrat la diferite opțiuni de proiectare pentru astfel de arme, ceea ce a făcut posibilă creșterea tuturor caracteristicilor principale. Acest proces a fost încununat de succes - deja în primii ani de lucru, toate schemele și machetele de bază au fost găsite și implementate.
Ideile de la mijlocul secolului trecut sunt încă folosite într-o formă sau alta. În același timp, dezvoltarea tehnologiilor și materialelor care a avut loc în ultimele decenii face posibilă utilizarea mai pe deplin a potențialului schemelor propuse îndelung. Drept urmare, dezvoltări destul de vechi încă ajută la construirea și îmbunătățirea unui scut nuclear și asigură descurajarea strategică.
informații