증강 핵분열 무기

Boosted fission weapon
중수소 삼중수소 증강무기 온실가스 핵실험

부스트 핵분열 무기는 보통 핵분열 반응의 속도를 증가시키기 위해 소량의 핵융합 연료를 사용하는 핵폭탄의 종류를 말한다.핵융합 반응에 의해 방출된 중성자는 핵분열로 방출된 중성자에 더해져서 더 많은 중성자 유도 핵분열 반응이 일어날 수 있다.따라서 핵분열 속도가 크게 증가하여 이 폭발적으로 분해되기 전에 핵분열할 수 있는 핵분열 물질이 훨씬 더 많아집니다.핵융합 프로세스 자체는 프로세스에 소량의 에너지(약 1%)[1]만 추가합니다.

또 다른 의미는 열핵융합을 대규모로 사용해 열화우라늄에서 핵분열을 일으킬 수 있는 고속 중성자를 만드는 구식 1단 핵폭탄이지만 2단 수소폭탄은 아니다.이런 종류의 폭탄은 에드워드 텔러에 의해 "경보 시계"라고 불렸고 안드레이 사하로프는 "슬로이카" 또는 "레이어 케이크"라고 불렸습니다.[2]

발전

부상의 아이디어는 원래 1947년 말과 1949년 말 사이에 로스 알라모스에서 [3]개발되었습니다.부스팅의 주된 이점은 임계 질량이 폭발하기 전에 빠른 중성자가 갑자기 유입되어 초임계 핵폭발에 필요한 최소 관성 구속 시간을 단축하기 때문에 핵무기의 추가적인 소형화이다.이것은 알루미늄 푸셔와 우라늄 변조기의 필요성과 그것들을 초임계 상태로 밀어넣는 데 필요한 폭발물을 제거할 것이다.덩치가 큰 뚱뚱한 남자는 직경이 5피트(1.5m)이고 폭발을 위해 3톤의 고성능 폭발물을 필요로 하는 반면, 부스트 핵분열 1차 장치는 소형 핵탄두(W88 등)에 장착하여 열핵 2차 핵탄두를 점화시킬 수 있다.

현대 핵무기의 가스 증가

핵분열 폭탄에서 핵분열 연료는 기존의 폭발물로 만들어진 균일한 구형 내폭에 의해 빠르게 "조립"되어 초임계 질량을 생성한다.이 상태에서, 핵의 파열에 의해 방출되는 중성자의 대부분은 연료 질량의 다른 핵의 핵분열을 유도하고, 추가적인 중성자를 방출하여 연쇄 반응을 일으킨다.이 반응은 폭탄이 스스로 폭발하기 전에 연료의 최대 20%를 소비하거나, 상황이 이상적이지 않다면 훨씬 더 적게 소비한다: 리틀 보이(총형 메커니즘)와 맨(폭발형 메커니즘) 폭탄의 효율은 각각 1.38%와 13%였다.

핵융합 부스팅은 삼중수소와 중수소 가스를 도입함으로써 달성된다.고체 중수소-삼중수소화 리튬도 일부 경우에 사용되었지만, 가스는 더 많은 유연성을 허용하고(그리고 외부에 저장될 수 있음), 핵분열 연료의 구 중심에 있는 중공 공동이나, 외부 층과 "부상된" 내부 코어 사이의 틈새에 주입될 수 있습니다.핵분열 연료의 약 1%가 발사될 때, 온도는 비교적 많은 중성자를 생성하는 열핵융합을 일으킬 정도로 높아져 연쇄 반응의 후반 단계를 가속화하고 효율성을[clarification needed] 약 두 배로 높인다.

중수소-삼중수소 핵융합 중성자는 평균 핵분열[citation needed] 중성자보다 7배나 더 에너지가 넘치고, 이는 핵분열 물질에 포착되어 핵분열로 이어질 가능성이 훨씬 더 높다.이는 다음과 같은 몇 가지 이유로 인해 발생합니다.

  1. 이러한 에너지 중성자가 핵분열 핵에 충돌할 때, 핵분열에 의해 훨씬 더 많은 2차 중성자가 방출된다(예: Pu-239의 경우 4.6 대 2.9).
  2. 핵분열 단면은 절대적인 측면에서 그리고 산란 단면과 포획 단면 모두에 비례하여 더 크다.

이러한 요인을 고려하면 플루토늄 내 D-T 핵융합 중성자의 최대 알파값(밀도 19.8g/cm3)은 평균 핵분열 중성자(2.5×109 대 3×108)보다 약 8배 높다.

핵융합 촉진의 잠재적 기여에 대한 감각은 삼중수소 (3g) 1몰과 중수소 (2g) 1몰의 완전한 융합이 중성자 (1g) 1몰을 생성하며, 당분간은 탈출 손실을 무시하고 플루토늄 (239g) 1몰을 직접 핵분열할 수 있다는 것을 관찰함으로써 얻을 수 있다.4.6 몰의 2차 중성자를 주입하고, 이는 다시 4.6 몰의 플루토늄을 핵분열할 수 있다(1,099 g).이 1,338g의 플루토늄을 처음 두 세대에 걸쳐 핵분열하면 23kt의 TNT 상당량(97TJ)의 에너지가 방출되고[4] 4.5kg의 플루토늄을 포함한 폭탄의 효율(일반적인 소형 핵분열 트리거)이 29.7%가 된다.핵융합 연료 5g의 융합으로 방출되는 에너지는 플루토늄 1338g의 핵분열로 방출되는 에너지의 1.73%에 불과하다.핵융합 [5]부스팅 후 연쇄반응이 2세대 이후에도 지속될 수 있기 때문에 총 수율 및 효율이 향상될 수 있다.

핵융합 증강 핵분열 폭탄은 또한 근처의 핵 폭발에서 나오는 중성자 방사선에 면역이 될 수 있으며, 이것은 다른 설계들이 높은 수율을 달성하지 못한 채 스스로 폭발하면서 미리 폭발하게 만들 수 있다.방사선에 대한 내성 및 항복과 관련하여 감소된 무게의 조합은 대부분의 현대 핵무기가 핵융합 부스트임을 보장한다.

핵융합 반응 속도는 보통 20~30메가클빈에서 유의하게 됩니다.이 온도는 핵분열성 물질의 1% 미만이 분해되면 매우 낮은 효율로 도달합니다(TNT의 수율 수백 톤 범위에 해당).임계 순간 중성자가 있더라도 이 범위에서 산출량을 달성할 수 있도록 내폭무기를 설계할 수 있기 때문에 핵융합 부스팅을 통해 사전토네이션에 면역이 있는 효율적인 무기를 제조할 수 있다.이러한 위험을 제거하는 것은 부스팅을 사용하는 데 있어 매우 중요한 이점입니다.현재 미국 무기고에 있는 모든 무기들은 강화된 [5]디자인으로 보입니다.

한 무기 설계자에 따르면,[6] 핵분열 무기의 효율이 1945년 이후 100배나 증가한 주된 원인은 증가했다고 한다.

초기 비단계 열핵무기 설계도 있어

소련의 "레이어 케이크"인 Joe-4와 같은 초기 열핵 무기 설계에서는 열화 우라늄을 구성하는 우라늄-238 원자에 핵분열을 유도하기 위해 많은 양의 핵융합을 사용했다.이 무기들은 핵분열성 핵이 리튬-6 중수소 층에 둘러싸여 있고, 차례로 열화 우라늄 층에 둘러싸여 있었다.일부 디자인(레이어 케이크 포함)에는 이러한 재료의 여러 층이 번갈아 사용되었습니다.소비에트 레이어 케이크는 한번도 만들어지지 않은 미국식 알람시계 디자인이나 영국식 그린 대나무 디자인과 유사했다.

이런 유형의 폭탄이 폭발하면, 고농축 우라늄이나 플루토늄 핵의 핵분열이 중성자를 만들고, 중성자 중 일부는 빠져나가 리튬-6 원자와 충돌하여 삼중수소를 생성한다.노심 핵분열에 의해 생성된 온도에서 삼중수소와 중수소는 높은 수준의 압축 없이 열핵융합을 겪을 수 있다.삼중수소와 중수소의 융합은 반응을 시작한 중성자의 1 MeV보다 훨씬 높은 14 MeV의 에너지를 가진 중성자를 생성한다.이러한 고에너지 중성자의 생성은 에너지 수율보다는 이러한 종류의 무기에서의 핵융합의 주된 목적이다.이 14MeV 중성자는 우라늄-238 원자와 충돌해 핵분열을 일으킨다.이 핵융합 단계가 없었다면 우라늄-238 원자와 충돌한 원래의 1MeV 중성자는 아마도 흡수되었을 것이다.그런 다음 이 핵분열은 에너지와 중성자를 방출하고, 이는 연속 사이클에서 나머지 리튬-6에서 더 많은 삼중수소를 생성한다.우라늄-238의 핵분열로 인한 에너지는 무기에 유용하다: 열화우라늄이 고농축우라늄보다 훨씬 저렴하고 치명적이지 못하기 때문에 치명적인 사고에 연루될 가능성이 낮다.

이런 종류의 열핵 무기는 핵융합으로 생산량의 20%를 생산할 수 있고 나머지는 핵분열로 생산되며 생산량은 TNT(4PJ)의 1메가톤 이하로 제한된다.Joe-4는 400kt의 TNT(1.7PJ)를 산출했습니다.이에 비해, "진정한" 수소 폭탄은 핵융합 수율의 97%를 생산할 수 있으며 폭발 수율은 장치 크기에 의해서만 제한된다.

가스로 증강된 핵무기

삼중수소는 반감기가 12.355년인 방사성 동위원소이다.주요 붕괴 생성물은 중성자 포획 단면이 가장 큰 핵종 중 하나인 헬륨-3이다.따라서, 무기는 주기적으로 헬륨 폐기물을 씻어내고 삼중수소 공급을 재충전해야 한다.이는 무기의 삼중수소 공급에 있는 헬륨-3이 핵분열 [7]연료의 핵과 충돌하도록 의도된 중성자를 흡수하면서 무기 폭발 중에 으로 작용하기 때문이다.

삼중수소는 생성된 각 삼중수소 핵(트리톤 (물리학))이 원료 물질(리튬-6, 중수소 또는 헬륨-3)을 폭격하는 데 사용되는 적어도 하나의 자유 중성자를 생성해야 하기 때문에 상대적으로 생산 비용이 비싸다.실제로 손실과 비효율성으로 인해, 필요한 자유 중성자의 수는 생산된 각 삼중수소에 대해 2개에 가깝다. (그리고 삼중수소는 즉시 부패하기 시작하므로, 생산 시설에서 현장의 무기로의 수집, 저장, 운송 중에 손실이 있다.)자유 중성자의 생산은 삼중수소 생산 [8][9]시설 전용 증식로 또는 입자 가속기(파쇄 대상 포함)의 작동이 필요하다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "핵무기에 관한 사실: 핵분열 무기 강화" 2008년 7월 8일 웨이백 머신에 보관된 핵무기 반대 인도 과학자
  2. ^ Rhodes, Richard (1 August 1995). Dark Sun: The Making of the Hydrogen Bomb. Simon & Schuster. ISBN 978-0-68-480400-2. LCCN 95011070. OCLC 456652278. OL 7720934M. Wikidata Q105755363 – via Internet Archive.
  3. ^ Bethe, Hans A. (28 May 1952). Chuck Hansen (ed.). "Memorandum on the History Of Thermonuclear Program". Federation of American Scientists. Retrieved 19 May 2010.
  4. ^ "Nuclear Weapon Archive: 12.0 Useful Tables".
  5. ^ a b "Nuclear Weapon Archive: 4.3 Fission-Fusion Hybrid Weapons".
  6. ^ Olivier Coutard (2002). The Governance of Large Technical Systems. Taylor & Francis. p. 177. ISBN 9780203016893.
  7. ^ "Section 6.3.1.2 Nuclear Materials Tritium". High Energy Weapons Archive FAQ. Carey Sublette. Retrieved June 7, 2016.
  8. ^ "Section 6.3.1.2 Nuclear Materials Tritium". High Energy Weapons Archive FAQ. Carey Sublette. Retrieved June 7, 2016.
  9. ^ "Section 4.3.1 Fusion Boosted Fission Weapons". High Energy Weapons Archive FAQ. Carey Sublette. Retrieved June 7, 2016.