변조 중성자 이니시에이터

Modulated neutron initiator

변조된 중성자 이니시에이터는 활성화 시 중성자 버스트를 생성할 수 있는 중성자 소스다.그것은 구성이 즉각적으로 중요한 최적의 순간에 연쇄 반응을 "킥 스타트"하는 것이 그것의 역할이기 때문에 일부 핵무기의 중요한 부분이다.내부 중성자 이니시에이터로도 알려져 있다.이니시에이터는 일반적으로 플루토늄 피트의 중앙에 배치되며, 수렴 충격파의 충격에 의해 작동된다.

핵무기의 적절한 운용의 핵심 요소 중 하나는 적절한 시기에 핵분열 연쇄반응을 개시하는 것이다.상당한 핵 수율을 얻으려면 적절한 시기에 초임계핵심 내에 충분한 중성자가 있어야 한다.체인 반응이 너무 빨리 시작되면("프리데톤화") 결과는 설계 사양에 훨씬 못 미치는 '피트의 수율'에 불과하므로 피트 물질의 낮은 자발적 중성자 방출이 결정적이다.만약 너무 늦게 발생한다면, 코어는 확장되고 덜 둔한 상태로 분해되기 시작하게 되어, 낮은 수율(핵심 물질 중 더 적은 수가 핵분열을 겪는다)으로 이어지거나 전혀 수율이 되지 않게 된다(핵심은 더 이상 임계 질량이 아니다).

증대된 핵분열 무기의 경우, 중앙에 배치된 이니시에이터의 크기가 중요하며 가능한 한 작아야 한다.외부 중성자 선원의 사용은 가변 수율과 같은 더 많은 유연성을 허용한다.

디자인

일반적인 디자인은 베릴륨-9과 폴로늄-210의 조합을 기반으로 하며 활성화될 때까지 분리되었다가 충격파에 의해 밀접하게 접촉한다.폴로늄-208과 액티늄 227도 알파 소스로 간주되었다.감마 광자 또한 중성자를 느슨하게 만들 수 있고 알파 입자만큼 효율적으로 차폐할 수 없기 때문에 사용되는 동위원소는 강한 알파 방출과 약한 감마 방출이 있어야 한다.[1]금속의 적절한 혼합을 보장하는 시스템의 치수와 기계적 구성에 따라 다른 여러 가지 변형들이 개발되었다.

우르친

우르친은 기존 폭발물의 힘에 의해 임계 질량이 '조립'된 후 가젯과 뚱뚱한 맨과 같은 초기 플루토늄 원자폭탄의 핵폭발을 촉발한 중성자 생성 장치인 내부 중성자 생성기의 암호명이었다.

폭탄의 플루토늄 피트의 중앙에 위치한 초기 장치에 사용된 개시자는 베릴륨 펠릿과 둘 사이에 폴로늄이 들어 있는 베릴륨 쉘로 구성되었다.직경 0.8cm의 이 펠릿은 니켈을 입힌 다음 금을 입혔다.베릴륨 껍질은 외경 2cm, 벽 두께는 0.6cm이었다.그 껍질의 안쪽 표면은 15개의 동심원의 쐐기 모양의 위도 홈을 가지고 있었고, 안쪽 구처럼 금과 니켈로 코팅되어 있었다.[2][3]소량의 폴로늄-210(50큐리, 11mg)이 껍질의 홈과 중앙 구체에 퇴적되었다: 폴로늄이 방출하는 알파 입자로부터 베릴륨을 보호하기 위해 제공되는 금과 니켈 층들.전체 성게의 무게는 약 7그램으로, 구덩이 안에 있는 2.5 cm의 내강 안에 있는 받침대에 부착되었다.[4]

플루토늄 핵의 붕괴로 인한 충격파가 도착하면 개시자를 짓누른다.그루브된 껍질에 작용하는 유체역학적 힘은 철저하게 그리고 사실상 즉시 베릴륨과 폴로늄을 혼합하여 폴로늄에서 나온 알파 입자들이 베릴륨 원자에 침입할 수 있게 한다.알파 입자 폭격에 반응하여 베릴륨 원자는 5-10 나노초마다 약 1 중성자 속도로 중성자를 방출한다(베릴륨 참조).#핵 재산).이 중성자들은 압축된 초임계 플루토늄에서 연쇄반응을 일으킨다.두 개의 큰 베릴륨 덩어리 사이에 폴로늄 층을 배치하면 충격파 난류가 제대로 수행되지 않더라도 금속과 접촉할 수 있다.

폴로늄 50 큐리는 약 0.1와트의 붕괴열을 발생시켜 작은 구역을 눈에 띄게 따뜻하게 했다.[5]

껍질 안쪽 표면의 홈은 베릴륨과 폴로늄의 빠르고 철저한 배합을 위해 형상의 전하와 유사한 문로 효과에 의해 충격파를 제트기로 형성했다.문로 효과는 선형 기하학에서 신뢰성이 떨어지기 때문에, 이후 설계에서는 선형 홈 대신 원뿔형 또는 피라미드형 내부 움푹 들어간 구를 사용했다.일부 이니시에이터 설계에서는 중심 구를 생략하고 대신 속이 비어 있다.속이 빈 설계의 장점은 신뢰도를 유지하면서 작은 크기를 관리하는 것일 수 있다.

폴로늄의 짧은 반감기(138.376일)는 제조 기간 동안 약 4개월에 불과했기 때문에 개시자를 자주 교체하고 폴로늄을 계속 공급해야 했다.[6]그 이후의 디자인은 유통기한이 1년이었다.

미국 정부는 포스텀을 폴로늄의 암호명으로 사용했다.[7]

1943년 4월 열린 '로스 알라모스 프라이머' 강연에서 이니시에이터로서의 폴로늄이 가능성으로 언급됐지만, 중성자 이니시에이터를 위한 폴로늄 사용은 1944년 에드워드 콘던에 의해 제안되었다.이니시에이터 자체는 제임스 L에 의해 설계되었다. 턱,[8] 그리고 찰스 크래치필드가 이끄는 "가젯" 사단의 이니시에이터 그룹의 로스 알라모스 국립 연구소에서 개발 및 시험이 실시되었다.[9]

애브너

리틀 보이 우라늄 폭탄에는 다른 개시자(ABNER라는 코드)가 사용되었다.그것의 디자인은 더 단순했고 폴로늄을 덜 함유했다.우라늄 발사체가 표적에 가해진 충격으로 작동했다.그것은 사후 고려로서 디자인에 추가되었고 무기의 기능에 필수적인 것은 아니었다.[10]

TOM 이니시에이터

아마도 원뿔형 또는 피라미드형 움푹 들어간 곳을 기반으로 한 개선된 초기자 시공은 1948년에 제안되었고, 1950년 1월에 로스 알라모스에 의해 생산에 들어갔으며, 1951년 5월에 시험되었다.TOM 설계는 폴로늄의 밀리그램 당 중성자 수가 우르친보다 높았기 때문에 덜 폴로늄을 사용했다.그것의 외경은 1cm 밖에 되지 않았다.TOM 이니시에이터의 첫 번째 실탄 실험은 운영 레인저(Operation Ranger)의 베이커-1 촬영 중 1951년 1월 28일에 일어났다.[11]시작 시간 대 TOM 개시자의 데이터 수율을 위한 일련의 교정 실험은 1952년 5월 25일 Fox 시험 동안 작동 스매머 동안 수행되었다.

꽃

1974년 인도는 미소 부처 핵실험을 실시하였다."꽃"이라는 코드명을 가진 이니시에이터는 우르친과 같은 원리에 바탕을 두고 있었다.이 폴로늄은 표면을 극대화하기 위해 연꽃 모양의 백금 거즈에 침전된 것으로 추정되며, 베릴륨 펠릿이 내장된 우라늄 껍질로 둘러싸인 탄탈룸 구체에 둘러싸여 있다.다른 소식통에 따르면, 이 디자인은 붕괴 시 베릴륨 제트를 만들기 위한 베릴륨 껍데기를 가진 우르친과 더 비슷했다고 한다.이니시에이터 외경은 1.5 cm 또는 "약 2 cm"[12]로 보고된다.

기타 설계

중성자 승수기 건설에는 중수소 우라늄(UD3)을 사용할 수 있다.[13][14]

외부 중성자 발생기를 이용한 핵분열 무기와 무기의 증강은 가변 수율 가능성을 제시해 전술적 필요에 따라 무기의 전력 선택이 가능하다.

개발

우르친 이니시에이터에 사용된 폴로늄은 오크리지 국립 연구소에서 만들어졌으며, 이후 찰스 앨런 토마스 주도로 데이턴 프로젝트의 일환으로 추출, 정화되었다.데이튼 프로젝트는 맨해튼 프로젝트를 구성하는 다양한 장소들 중 하나이다.

1949년 오하이오주 미아미스버그 인근 마운드 연구소가 데이턴 프로젝트와 원자력 이니시에이터 연구 개발의 새로운 본거지로 대체하여 문을 열었다.폴로늄-210은 비스무트의 중성자 조사에 의해 생산되었다.마운드에서 폴로늄의 생산과 연구는 1971년에 단계적으로 중단되었다.[15]

데이튼의 폴로늄은 로스 알라모스의 G 사단이 샌디아 캐년의 시험장에서 이니시에이터 설계 연구에 사용하였다.이니시에이터 그룹은 대형 터빈 볼 베어링에 구멍을 뚫고 활성 자재를 삽입하고 볼트로 구멍을 꽂아 시험 조립품을 만들었다.이 시험 조립품은 나사못으로 알려져 있었다.시험 조립품은 파열되었고 그들의 잔해는 폴로늄과 베릴륨이 얼마나 잘 혼합되었는지 검사하기 위해 연구되었다.[16]

W76 중성자 튜브

베릴륨-폴로늄 TOM 개시자의 생산은 1953년에 끝났다.개시자는 무기 수율을 약간 줄인 다른 설계로 대체되었지만 유통기한이 길어져 물류 복잡성이 줄어들었다.[17]1954년 말에 재고로 반입된 밀봉된 중성자 개시자는 유지보수 점검을 위해 캡슐에 접근하기 위해 여전히 주기적인 분해 작업이 필요했다.캡슐은 1962년에 완전히 폐기되었다.[18]

우르친 스타일 개시자는 나중에 폴로늄을 사용하지 않는 펄스 중성자 방출기와 같은 중성자를 생성하는 다른 방법으로 대체되었다.폴로늄 대신 반감기가 12.3년인 삼중수소를 사용하면 대체 주기가 훨씬 길다.중성자는 상호 작용 없이 상당한 질량을 통과하기 쉽기 때문에 이것들은 피트 외부에 장착되고 전기적으로 제어된다.이러한 개시자는 더 통제할 수 있고 훨씬 더 향상된 무기 신뢰성을 가능하게 했다.

참고 항목

참조

  1. ^ 핵무기 관련 FAQ, 섹션 4.1, 버전 2.04: 1999년 2월 20일
  2. ^ The Design of Gadget, Fat Man, and "Joe 1"(RDS-1) 웨이백 머신에 2010-02-10 보관.Cartage.org.lb.2010-02-08에 검색됨.
  3. ^ 소련의 핵 프로젝트의 기원에 대해서.Nuclearweaponarchive.org (1998-04-15).2010-02-08에 검색됨.
  4. ^ 핵무기 관련 FAQ, 섹션 8.0, 버전 2.18: 2007년 7월 3일
  5. ^ 4.1 핵분열 무기 설계의 요소.Nuclearweaponarchive.org (1998-05-19).2010-02-08에 검색됨.
  6. ^ 산디아 개척자 아브라함슨.Unc.edu.2010-02-08에 검색됨.
  7. ^ 스티븐 애프터굿이 2006년 12월 12일 미국 과학자 연맹 인간에게 폴로늄 주입
  8. ^ Ferenc Morton Szasz (1992). British scientists and the Manhattan Project: the Los Alamos years. Palgrave Macmillan. pp. 24–. ISBN 978-0-312-06167-8. Retrieved 22 April 2011.
  9. ^ "The Manhattan Project and predecessor organizations". Array of Contemporary American Physicists. American Institute of Physics. Archived from the original on 2012-10-17. Retrieved 2013-03-11.
  10. ^ 캐리 수블렛, 제8.0절 최초의 핵무기, 핵무기 보관소 : 핵무기에 대한 지침서 (2007년 7월 3일).
  11. ^ http://www.stealthskater.com/Documents/Nuke_16.pdf
  12. ^ 인도의 핵무기 계획 – 미소 짓는 부처: 1974년.Nuclearweaponarchive.org.2010-02-08에 검색됨.
  13. ^ [1] 2011년 6월 4일 웨이백 머신에 보관
  14. ^ 중수소 우라늄 개시자.암스컨트롤원크(2009-12-14).2010-02-08에 검색됨.
  15. ^ 폴로늄.아마존닷컴(2005-04-27).2010-02-08에 검색됨.
  16. ^ 원자폭탄 제조, 리처드 로즈, 1986년 사이먼 & 슈스터, ISBN 0-684-81378-5 페이지 580
  17. ^ 비서의 참고사항, 제목: 제3부 – 1953년 6월 - 11월 공동위원회에 대한 무기진행보고서. 2010-02-08에 회람.
  18. ^ 미국 핵무기.Globalsecurity.org.2010-02-08에 검색됨.