핵무기 설계

Nuclear weapon design
번거롭고 비효율적인 최초의 핵폭발 장치는 모든 미래 무기의 기본 설계 구성요소를 제공했다.사진은 첫 번째 핵실험을 위해 준비 중인 가젯 장치인 트리니티.

핵무기 설계핵무기의 물리[1] 패키지를 폭발시키는 물리적, 화학적, 공학적 배치이다.기존의 3가지 기본 설계 유형이 있습니다.

  • 순수 핵분열 무기는 가장 단순하고 기술적으로 덜 까다로운 최초의 핵무기이며 지금까지 전쟁에서 사용된 유일한 유형이었다.
  • 강화된 핵분열 무기는 핵분열 연쇄 반응을 강화하기 위해 소량의 핵융합 연료를 사용함으로써 핵분열 설계 이상의 수율을 증가시킨다.핵분열 에너지 생산량을 두 배 이상 늘릴 수 있다.
  • 단계별 열핵 무기는 기본적으로 두 개 이상의 "대부분 두 개"의 배열이다.첫 번째 단계는 보통 위와 같은 증강 핵분열 무기이다(대신 순수 핵분열 무기를 사용한 최초의 열핵 무기 제외).그것의 폭발은 많은 양의 핵융합 연료로 채워진 두 번째 단계를 비추고 폭발시키는 X-복사로 그것을 강하게 빛나게 합니다.이것은 열핵, 즉 핵융합을 일으키는 일련의 사건들을 일으킨다.이 과정은 핵분열 [2]무기의 수백 배까지 잠재적 생산량을 제공한다.

네 번째 유형인 순수 핵융합 무기는 이론적인 가능성이다.그러한 무기는 엄청난 수의 중성자를 방출하지만 현재의 설계보다 훨씬 적은 방사능 부산물을 생산할 것이다.

순수 핵분열 무기는 역사적으로 새로운 핵보유국에 의해 만들어진 최초의 유형이었다.핵무기가 잘 개발된 대형 산업 국가는 필요한 기술 기반과 산업 인프라가 구축되면 가장 작고 확장 가능하며 비용 효율적인 옵션인 2단계 열핵 무기를 보유하고 있다.

핵무기 설계의 대부분의 알려진 혁신은 미국에서 비롯되었지만, 일부는 나중에 다른 [3]주들에 의해 독립적으로 개발되었다.

초기 뉴스에서는 순수 핵분열 무기는 원자폭탄 또는 A-폭탄으로 불렸고 핵융합과 관련된 무기는 수소폭탄 또는 H-폭탄으로 불렸습니다.그러나 핵정책 실무자들은 각각 핵과 열핵이라는 용어를 선호한다.

핵반응

핵분열은 무거운 원자를 분리하거나 쪼개서 가벼운 원자를 만든다.핵융합은 가벼운 원자를 결합하여 무거운 원자를 형성한다.두 반응 모두 비슷한 화학 반응보다 약 100만 배 더 많은 에너지를 발생시켜 [4]핵폭탄이 1939년 5월 프랑스 특허가 주장한 비핵폭탄보다 100만 배 더 강력해지게 한다.

어떤 면에서는 핵분열과 핵융합은 반대 반응과 상보 반응이지만, 그 특이성은 각각 다르다.핵무기가 어떻게 설계되었는지 이해하기 위해서는 핵분열과 핵융합 사이의 중요한 유사점과 차이점을 아는 것이 유용하다.다음 설명에서는 반올림된 숫자와 [5]근사치를 사용합니다.

핵분열

자유 중성자가 우라늄-235235같은 핵분열성 원자의 핵에 부딪히면, 우라늄 핵은 핵분열 파편이라고 불리는 두 개의 작은 핵과 더 많은 중성자로 분열된다.초임계 연료 질량의 핵분열 연쇄 반응은 초임계 조립체를 빠져나가는 중성자의 손실을 상쇄하기에 충분한 잉여 중성자를 생성하기 때문에 자급자족할 수 있다.이들 대부분은 인접 우라늄 [6]핵에 새로운 균열을 일으키는 데 필요한 속도(운동 에너지)를 가지고 있다.

U-235 핵은 원자 번호가 92이고 원자 질량이 236(우라늄과 중성자 추가)에 더해진다면 여러 가지 방법으로 분할될 수 있다.다음 방정식은 스트론튬-95(95Sr), 크세논-139(139Xe), 중성자 2개(n)[7]와 에너지로 분할할 수 있는 한 가지 방법을 보여 줍니다.

원자당 즉각적인 에너지 방출은 약 1억 8천만 전자 볼트(MeV), 즉 74 TJ/kg입니다.이 중 7%만이 핵분열 중성자의 감마선과 운동 에너지이다.나머지 93%는 하전된 핵분열 파편의 운동 에너지(또는 운동 에너지)로 양성자의 양전하(스트론튬의 경우 38, 제논의 경우 54)에 의해 서로 반대된다.이 초기 운동 에너지는 67TJ/kg으로 초속 약 12,000km의 초기 속도를 낸다.대전된 파편들의 높은 전하가 근처의 핵과 많은 비탄성 쿨롱 충돌을 일으키고, 이 파편들은 그들의 움직임이 열로 바뀔 때까지 폭탄의 핵분열 구덩이 안에 갇힌 채 변질된다.파편의 속도와 압축 연료 집합체 내 핵 사이의 평균 자유 경로를 고려할 때, 약 100만분의 1초(1마이크로초)가 소요되며, 이때까지 폭탄의 핵과 조작은 섭씨 수천만도의 온도에서 직경 수 미터로 확장된다.

이것은 X선 스펙트럼에서 흑체 방사선을 방출할 만큼 뜨겁다.이 X선은 주변의 공기에 흡수되어 핵폭발의 불덩어리와 폭발을 일으킨다.

대부분의 핵분열 생성물은 안정되기에는 중성자가 너무 많아 베타 붕괴에 의해 방사능을 띠며, 베타 입자(전자)와 감마선을 방출하여 중성자를 양성자로 변환한다.그들의 반수명은 밀리초에서 약 20만 년까지이다.많은 동위원소가 방사성 동위원소로 붕괴하기 때문에 [8]안정성에 도달하기 위해서는 1에서 6(평균 3)의 붕괴가 필요할 수 있다.원자로에서 방사성 생성물은 사용후 연료의 핵폐기물이다.폭탄은 국지적,[9] 세계적 방사능 낙진이 된다.

한편 폭발하는 폭탄 안에서는 핵분열에 의해 방출되는 자유 중성자가 초기 핵분열 에너지의 약 3%를 빼앗아 간다.중성자 운동 에너지는 폭탄의 폭발 에너지를 증가시키지만, 대전된 파편에서 나오는 에너지만큼 효과적이지는 않습니다. 중성자는 대전된 핵이나 전자와의 충돌에서 그들의 운동 에너지를 빠르게 포기하지 않기 때문입니다.폭탄의 힘에 대한 핵분열 중성자의 주된 기여는 후속 균열의 시작이다.중성자의 절반 이상이 폭탄 코어에서 탈출하지만 나머지는 U 원자핵에 부딪혀 기하급수적으로 성장하는 연쇄 반응(1, 2, 4, 8, 16 등)으로 핵분열을 일으킨다.이론적으로 원자 한 개에서 시작하여, 핵분열 횟수는 마이크로초 안에 100배로 증가할 수 있으며, 이것은 사슬의 100번째 고리까지 모든 우라늄이나 플루토늄을 수백 톤까지 소비할 수 있다.일반적으로 현대 무기의 경우, 이 무기의 갱은 3.5~4.5kg(7.7~9.9lb)의 플루토늄을 포함하고 폭발 시 약 5~10ktones의 TNT(21~42TJ)의 수율을 생성하며,[10][11] 이는 플루토늄의 약 0.5kg(1.1lb)의 파열을 나타낸다.

연쇄반응을 지속할 수 있는 물질을 핵분열이라고 한다.핵무기에 사용되는 두 개의 핵분열성 물질은 고농축우라늄(HEU), 오크리지 합금을 의미하는 오르알로이(Oy) 또는 25(우라늄의 경우 92인 원자 번호의 마지막 자리와 원자량 235), 플루토늄 또는 49(94와 239에서)이다.[citation needed]

우라늄의 가장 일반적인 동위원소인 U는 핵분열성이지만 핵분열은 아니다. 즉, 우라늄의 딸 핵분열 중성자는 (평균적으로) 후속 U 분열을 일으킬 만큼 에너지가 없기 때문에 연쇄 반응을 지속할 수 없다.그러나 중수소 동위원소와 삼중수소의 융합으로 방출된 중성자는 U를 핵분열한다. 2단 열핵폭탄의 2차 조립체 외피에서 U 핵분열 반응은 대부분의 방사성 파편뿐만 아니라 폭탄의 에너지 수율에서 가장 큰 부분을 생성한다.

핵군비 경쟁에 참여하는 국가들에게, 열핵 중성자 폭격으로부터 빠르게 이탈할 수 있는 U의 능력은 매우 중요하다.대량 건식 핵융합 연료(중수소화리튬)와 U(우라늄 농축 부산물)의 유연성과 저렴함은 값비싼 U 또는 Pu 연료를 필요로 하는 순수 핵분열 무기와 비교하여 매우 큰 핵무기의 경제적인 생산을 가능하게 한다.

퓨전

핵융합은 [12]반응에서 에너지를 방출하는 중성자를 생성한다.무기에서, 가장 중요한 핵융합 반응은 D-T 반응이라고 불립니다.핵분열, 수소-2 또는 중수소(2D)의 열과 압력을 사용하여 수소-3 또는 삼중수소(3T)와 융합하여 헬륨-4(4He) + 중성자(n) 및 에너지를 [13]생성한다.

Deuterium-tritium fusion.svg

총 에너지 출력인 17.6MeV는 핵분열 시 출력의 10분의 1이지만 성분은 질량의 50분의 1밖에 되지 않기 때문에 단위 질량당 에너지 출력은 약 5배입니다.이 핵융합 반응에서, 17.6 MeV 중 14개는 중성자의 운동 에너지로 나타납니다. 중성자는 전하가 없고 중성자를 만든 수소 원자핵만큼 질량이 크기 때문에 반응을 지속하기 위해 에너지를 남기지 않고 현장을 벗어날 수 있습니다.폭발과 발사.[citation needed]

대부분의 핵융합 에너지를 포획하는 유일한 실용적인 방법은 납, 우라늄, 플루토늄과 같은 무거운 물질의 거대한 병 안에 중성자를 가두는 것이다.14MeV 중성자가 우라늄(동위원소 중 하나, 14MeV는 U와 U를 모두 핵분열하기에 충분히 높다) 또는 플루토늄에 의해 포획되면 핵분열과 180MeV의 핵분열 에너지 방출로 에너지 출력이 10배 [citation needed]증가한다.

핵분열은 핵융합에 필요하고 핵융합 지속에 도움이 되며 핵융합 중성자가 운반하는 에너지를 포착해 증식시킨다.중성자 폭탄의 경우(아래 참조) 목적은 무기의 원시 [citation needed]출력을 증가시키기 위해 중성자를 사용하는 것이 아니라 중성자의 탈출을 촉진하는 것이기 때문에 마지막으로 언급한 인자는 적용되지 않는다.

삼중수소 생산

필수 핵 반응은 삼중수소 또는 수소-3을 생성하는 반응이다.삼중수소는 두 가지 방법으로 사용된다.첫째, 순수한 삼중수소 가스는 에너지 수율을 증가시키기 위해 핵분열 장치의 코어 내부에 배치하기 위해 생산된다.특히 열핵무기의 핵분열 프라이머리는 그렇다.두 번째 방법은 간접적이며, 2단계 열핵폭탄의 2차 조립체에서 초임계 핵분열 "스파크 플러그"에 의해 방출된 중성자가 폭탄의 리튬 중수소 연료 공급에 있는 리튬 핵과 충돌할 때 해당 위치에서 삼중수소를 발생시킨다는 사실을 이용한다.

핵분열 일차용 원소 가스 삼중수소도 원자로에서만 리튬-6(6Li)에 중성자(n)를 충돌시켜 만든다.이 중성자 충격은 리튬-6 핵을 분열시켜 알파 입자 또는 헬륨-4(4He)와 삼중수소(3T)와 에너지를 [13]생성한다.

중성자는 U 공급 원료의 플루토늄 Pu 생산과 유사한 방식으로 원자로에 의해 공급된다. Li 공급 원료의 목표 막대는 우라늄 연료 노심 주위에 배치되며, 리튬 핵의 대부분이 삼중수소로 변환된 것으로 계산되면 처리를 위해 제거된다.

네 가지 기본적인 핵무기 유형 중 첫 번째 순수한 핵분열은 위의 세 가지 핵반응 중 첫 번째 핵분열을 사용한다.두 번째, 핵융합 촉진 핵분열은 처음 두 가지를 사용합니다.3단계인 2단 열핵은 3단 모두를 사용한다.

순수 핵분열 무기

핵무기 설계의 첫 번째 과제는 핵분열(무기 등급) 우라늄 또는 플루토늄의 초임계 질량을 신속하게 조립하는 것이다.초임계 질량은 핵분열로 생성된 중성자의 비율이 인접 핵분열로 인해 포착된 중성자의 비율이 높아 각 핵분열 사건이 평균적으로 두 개 이상의 후속 핵분열 사건을 야기할 수 있다.첫 번째 핵분열 이벤트에 의해 방출된 중성자는 기하급수적으로 가속되는 속도로 후속 핵분열 이벤트를 유도한다.각각의 후속 파편은 연료 핵의 초임계 질량 전체에 걸쳐 작용하는 일련의 반응들을 계속한다.이 과정은 핵 연쇄 반응으로 구상되고 구어체로 설명된다.

초임계 어셈블리에서 연쇄 반응을 시작하려면 적어도 하나의 자유 중성자를 주입하고 핵분열성 연료 핵과 충돌해야 한다.중성자는 핵과 결합하고(엄밀히 말하면 핵융합 이벤트), 핵을 불안정하게 한다.핵은 (상호 반발 양성자를 함께 고정하는 강력한 핵력의 절단으로부터) 두 개의 중간 무게 핵 파편과 두 세 개의 자유 중성자로 폭발한다.이것들은 서로 떨어져나가서 이웃의 연료 핵과 충돌합니다.이 과정은 (열팽창으로 인해) 연료 어셈블리가 임계 미만이 될 때까지 반복되며, 그 후 딸 중성자가 더 이상 밀도가 낮은 연료 질량을 벗어나기 전에 타격할 새로운 연료 핵을 찾을 수 없기 때문에 연쇄 반응이 중단됩니다.체인에서 각각의 후속 핵분열 사건은 중성자 모집단을 약 2배로 증가시킨다(즉, 연료 질량을 빠져나가는 일부 중성자와 존재하는 비연료 불순물 핵과 충돌하는 다른 중성자로 인한 손실 후).

초임계 질량 형성의 총 조립 방법(아래 참조)의 경우, 연료 자체를 사용하여 연쇄 반응을 시작할 수 있습니다.아무리 좋은 무기급 우라늄이라도 상당한 수의 U핵을 포함하고 있기 때문이다.이것들은 무작위적으로 발생하는 자발적 핵분열 사건에 민감하다(이것은 양자역학 현상이다).총집합 임계질량의 핵분열성 물질은 압축되지 않기 때문에 설계는 무기가 목표물 근처에 있을 때 U 자연분열이 발생할 수 있을 정도로 임계질량 두 개가 서로 충분히 가깝게 유지되도록 하기만 하면 된다.이는 일반적인 크기의 연료량에서 1~2초 밖에 걸리지 않기 때문에 쉽게 배열할 수 있다.(그래도, 많은 그러한 폭탄들은 정확한 폭발 고도를 세밀하게 제어하기 위해 주입된 중성자를 사용하며, 이는 공기 폭발의 파괴 효과에 중요하다.)

이러한 자발적 핵분열의 조건은 초임계 연료 질량을 매우 빠르게 조립할 필요성을 강조한다.이를 위해 필요한 시간을 무기의 임계 삽입 시간이라고 합니다.만약 초임계 질량이 부분적으로만 조립되었을 때 자발적 핵분열이 일어난다면, 연쇄 반응은 일찍 시작될 것이다.2개의 아임계 질량(총기 조립체) 사이의 보이드를 통한 중성자 손실 또는 완전 압축되지 않은 핵연료 핵 사이의 간격(임파 조립체)은 완전한 설계 수율을 달성하는 데 필요한 핵분열 사건의 수를 폭탄에 침식시킬 것이다.또한 발생하는 균열로 인한 열은 연료의 열팽창으로 인한 초임계 질량의 지속적인 조립에 반할 수 있습니다.이 장애를 프리톤화라고 부릅니다.폭발로 인한 폭발은 폭탄 기술자들과 무기 사용자들에 의해 "폭발"이라고 불릴 것이다.플루토늄의 높은 자발적 핵분열 속도는 우라늄 연료를 총으로 조립된 폭탄에 필수적으로 만들며, 우라늄 연료의 삽입 시간이 훨씬 길고 연료의 질량이 훨씬 더 크다(연료 압축의 부족 때문에).

핵분열 폭발을 망칠 수 있는 또 다른 자유 중성자의 원천이 있다.모든 우라늄과 플루토늄 핵은 에너지 알파 입자를 생성하는 붕괴 모드를 가지고 있다.연료 질량에 낮은 원자 번호(Z)의 불순물 원소가 포함되어 있는 경우, 이러한 대전 알파는 이러한 불순물 핵의 쿨롱 장벽을 통과하여 자유 중성자를 생성하는 반응을 겪을 수 있습니다.핵분열성 핵의 알파 방출 속도는 자연분열의 100만200만 배이기 때문에 무기공학자들은 순도가 높은 연료를 사용하는 데 주의를 기울인다.

다른 핵폭발 근처에서 사용되는 핵분열 무기는 외부로부터의 자유 중성자의 침입으로부터 보호되어야 한다.그러나 외부 중성자속이 충분히 강할 경우 그러한 차폐 물질은 거의 항상 투과된다.다른 핵폭발 효과로 인해 무기가 잘못 발사되거나 꺼질 때, 그것은 핵 동위원소라고 불린다.

내파 조립 설계의 경우 임계 질량이 최대 밀도로 조립되면 연쇄 반응을 시작하기 위해 중성자 버스트가 공급되어야 한다.초기 무기는 얇은 장벽으로 분리된 폴로늄-210베릴륨이 함유된 갱 안에서 "우르친"이라는 코드명의 변조된 중성자 발생기를 사용했다.갱도의 붕괴는 중성자 발생기를 분쇄하여 두 금속을 혼합함으로써 폴로늄의 알파 입자가 베릴륨과 상호작용하여 자유 중성자를 생성하게 합니다.현대 무기에서 중성자 발생기는 중수소와 삼중수소 이온으로 중수소/삼중수소 금속 수소화물 표적을 폭파하는 입자 가속기를 포함하는 고전압 진공관이다.그 결과 발생하는 소규모 핵융합은 물리 패키지 외부의 보호된 위치에서 중성자를 생산하고, 여기에서 중성자가 피트를 관통한다.이 방법을 사용하면 최대 압축/초임계 지점에서 최적으로 발생해야 하는 연쇄 반응의 첫 번째 핵분열 사건의 타이밍을 개선할 수 있다.중성자 주입의 타이밍은 주입된 중성자의 수보다 더 중요한 파라미터이다. 즉, 중성자 증식이 진화하는 지수 함수 때문에 연쇄 반응의 1세대가 훨씬 효과적이다.

비압축 베어 메탈 구체의 임계 질량은 우라늄-235의 경우 50kg(110lb), 델타 위상 플루토늄-239의 경우 16kg(35lb)이다.실제 적용에서 임계성에 필요한 물질의 양은 모양, 순도, 밀도 및 중성자 반사 물질에 근접한 정도에 따라 수정되며, 이 모든 것이 중성자의 탈출 또는 포획에 영향을 미친다.

취급 중 조기 연쇄 반응을 방지하려면 무기의 핵분열성 물질을 임계 이하로 유지해야 합니다.압축되지 않은 임계 질량이 각각 1개 미만인 구성 요소로 구성될 수 있습니다.얇은 중공 쉘은 임계치에 도달하지 않고 임의로 긴 원기둥과 마찬가지로 베어스피어 임계질량보다 클 수 있습니다.임계 위험을 줄이는 또 다른 방법은 붕소(특히 B는 자연 붕소의 20%로 구성됨)와 같이 중성자 포획을 위한 단면이 큰 물질을 통합하는 것이다.당연히 이 중성자 흡수기는 무기가 폭발하기 전에 제거되어야 한다.이는 총으로 조립된 폭탄으로서는 쉽습니다. 발사체 덩어리는 단순히 운동력에 의해 두 아임계 질량 사이의 공극에서 흡수체를 밀어냅니다.

플루토늄의 사용은 알파 방출 속도가 높기 때문에 무기 설계에 영향을 미친다.이로 인해 Pu 금속은 자발적으로 상당한 열을 발생시킵니다. 5kg 질량은 9.68와트의 열 출력을 생성합니다.이러한 조각은 만지면 따뜻함을 느끼기 때문에 열이 즉시 방출되어 온도가 상승하지 않도록 하면 문제가 없습니다.하지만 이것은 핵폭탄 내부의 문제이다.이러한 이유로 Pu 연료를 사용하는 폭탄은 알루미늄 부품을 사용하여 여분의 열을 제거하며, Al은 폭발 과정에서 적극적인 역할을 하지 않기 때문에 폭탄 설계가 복잡해집니다.

탬퍼는 핵분열성 재료를 둘러싼 고밀도 재료의 선택적 층입니다.관성 때문에 시운전 연료량의 열팽창을 지연시켜 더 오랫동안 초임계 상태를 유지합니다.종종 동일한 층이 변조 및 중성자 반사체 역할을 한다.

총형 조립체

총형 핵분열 무기 그림

히로시마 폭탄인 리틀보이는 평균 약 80%, 즉 51kg의 U-235 농축 우라늄을 사용했는데, 이는 베어메탈 임계 질량 정도였습니다.(자세한 그림은 Little Boy 기사를 참조하십시오.)탄화텅스텐의 변조/반사체 내부에 조립했을 때 64kg(141lb)은 임계 질량의 2배가 넘었습니다.폭발 전에, 우라늄-235는 임계 이하의 두 조각으로 형성되었고, 그 중 하나는 나중에 다른 것과 결합하기 위해 총신 아래로 발사되어 핵폭발을 시작했다.분석에 따르면 우라늄 덩어리의 2% 미만이 [14]핵분열을 겪었고, 나머지는 오크리지에 있는 거대한 Y-12 공장들의 전시 생산량의 대부분을 차지하는, 쓸데없이 [15]흩어졌다.

비효율성은 압축되지 않은 핵분열 우라늄이 팽창하는 속도에 의해 발생했으며 밀도가 감소함에 따라 임계 미달 상태가 되었다.비효율성에도 불구하고, 이 디자인은 그 모양 때문에, 작은 지름의 원통형 포탄(더 큰 포의 총신에서 발사되는 총형 탄두)에 사용하도록 개조되었다.이러한 탄두는 1992년까지 미국이 실전 배치한 것으로, U-235의 상당[citation needed] 부분을 차지했으며, 탄두 [citation needed]수를 제한하는 조약에 따라 폐기된 최초의 무기 중 일부였다.이 결정의 근거는 의심할 여지 없이 낮은 산출량과 총기 형태 [citation needed]설계와 관련된 심각한 안전 문제의 조합이었다.

내파형

Implosion Nuclear weapon.svg

트리니티 기기와 나가사키 폭탄인 팻맨 모두 내폭 설계에 의한 거의 동일한 플루토늄 핵분열이 사용되었다.Fat Man 장치는 특히 약 350ml 또는 12US floz의 Pu-239를 사용했는데, 이는 맨살 임계 질량의 41%에 불과합니다.(자세한 그림은 Fat Man 기사를 참조하십시오.)U-238 반사경/탬퍼로 둘러싸인 Fat Man's pit은 U-238의 중성자 반사 특성에 의해 임계 질량에 근접했다.폭발하는 동안 임계치는 내폭에 의해 달성되었다.플루토늄 갱은 3주 전 "트리니티" 실험 폭발과 마찬가지로 갱 주위에 균일하게 배치된 재래식 폭발물을 동시에 폭발시켜 밀도를 증가시켰다.폭발물은 여러 개의 폭발 브리지 와이어 기폭장치에 의해 폭발되었다.플루토늄의 약 20%만이 핵분열을 겪었을 것으로 추정되며, 나머지 약 5kg(11파운드)은 산란되었다.

Implosion bomb animated.gif
고폭발 렌즈 시스템 테스트 중에 형성된 수렴 충격파의 X선 이미지를 플래시합니다.

내폭 충격파는 파동이 통과하는 순간 피트 일부만 압축될 정도로 짧은 시간일 수 있습니다.이를 방지하기 위해 푸셔 쉘이 필요할 수 있습니다.푸셔는 폭발성 렌즈와 변조기 사이에 위치합니다.그것은 충격파의 일부를 뒤로 반사시킴으로써 그 지속시간을 연장시키는 효과를 낸다.알루미늄, 베릴륨 또는 두 금속의 합금같은 저밀도 금속으로 제조됩니다(알루미늄은 성형하기가 더 쉽고 안전하며 2단계 값이 저렴합니다. 베릴륨은 고중성자 반사 기능을 갖추고 있습니다).뚱뚱한 남자는 알루미늄 푸셔를 사용했다.

1944년 7월부터 1945년 2월까지 로스앨러모스 연구소와 Bayo Canyon의 동쪽 14.3km(9마일) 떨어진 곳에서 수행된 일련의 폭발형 핵분열 무기 설계 개념의 RaLa 실험 실험은 1945년 2월 핵분열 장치를 위한 핵분열 설계의 실용성을 증명했다.ts 최종 Trinity/Fat Man 플루토늄 내파 [16]설계에 대한 가용성.

Fat Man의 효율성 향상 비결은 대규모 U-238 변조기의 내부 운동량이었다. (자연 우라늄 변조기는 열 중성자에서 핵분열을 겪지 않았지만, 고속 중성자에 의한 핵분열로 인한 총 생산량의 20%에 기여하였다.)일단 플루토늄에서 연쇄반응이 시작되자, 팽창이 핵분열을 멈추기 전에 폭발의 추진력을 되돌려야 했다.모든 것을 몇 백 나노초 더 유지함으로써 효율이 향상되었습니다.

플루토늄 피트

핵분열 무기의 핵심인 핵분열성 물질과 여기에 결합된 반사체 또는 변조기를 피트라고 합니다.1950년대에 실험된 일부 무기들은 U-235만으로 만들어지거나 [17]플루토늄과 혼합된 구덩이를 사용했지만, 올플루토늄 구덩이는 지름이 가장 작고 1960년대 [citation needed]초부터 표준이 되어 왔다.

플루토늄을 주조하고 가공하는 것은 플루토늄의 독성뿐만 아니라 많은 다른 금속상을 가지고 있기 때문에 어렵다.플루토늄이 식으면 상변화에 의해 왜곡과 균열이 발생합니다.이러한 왜곡은 일반적으로 30~35mMol(중량 기준 0.9~1.0%) 갈륨과 합금하여 플루토늄-갈륨 합금을 형성함으로써 해결되며, 이로 인해 넓은 온도 범위에서 [18]델타 위상을 차지하게 됩니다.용해된 상태에서 냉각되면 4가지 변화가 아닌 엡실론에서 델타까지 단상 변화만 발생합니다.다른 3가 금속도 작용하지만 갈륨은 중성자 흡수 단면이 작고 플루토늄을 부식으로부터 보호하는 데 도움이 된다.단점은 갈륨 화합물이 부식성이 있기 때문에 원자로를 위해 플루토늄 이산화 플루토늄으로 전환하기 위해 분해된 무기로부터 플루토늄을 [citation needed]회수하면 갈륨을 제거하는 것이 어렵다는 것이다.

플루토늄은 화학적으로 반응하기 때문에 완성된 피트를 얇은 불활성 금속 층으로 도금하는 것이 일반적이며, 이로 인해 독성 [19]위험도 감소합니다.이 장치는 갈바닉 은 도금을 사용했으며, 이후 니켈 테트라카르보닐 증기에서 퇴적된 니켈을 [19]사용했으며,[citation needed] 수년 동안 금을 선호했습니다.최근의 디자인은 구덩이를 [citation needed]내화성을 높이기 위해 바나듐으로 도금함으로써 안전성을 향상시켰다.

부상 피트 내파

팻맨 디자인의 첫 번째 개선점은 탬퍼와 피트 사이에 공기를 넣어 망치 온 네일 충격을 발생시키는 것이었습니다.탬퍼 캐비티 내부의 중공 원뿔에 떠 있는 갱은 부상하는 것으로 알려져 있다.1948년 샌드스톤 작전의 세 번의 테스트에서는 부상식 구덩이가 있는 팻맨 디자인을 사용했다.가장 큰 생산량은 49킬로톤으로, 무연 팻맨 [20]생산량의 2배가 넘습니다.

폭발이 핵분열 무기의 가장 좋은 설계라는 것은 즉시 분명해졌다.그것의 유일한 단점은 직경인 것처럼 보였다.뚱뚱한 남자는 폭이 1.5미터(5피트)인데 비해 리틀보이는 61센티미터(2피트)였다.

Fat Man의 Pu-239 피트는 직경이 소프트볼 크기인 9.1cm에 불과했다.Fat Man의 허리부분은 U-238, 알루미늄, 고폭발물의 동심원층인 내폭 메커니즘이었다.그 둘레를 줄이는 열쇠는 2점 폭팔 [citation needed]설계였다.

2점 직선 내파

Linear implosion schematic.svg

2점 직선 내파에서는 핵연료를 고체 형태로 주조하여 고폭약 실린더의 중심 내에 배치한다.폭발 실린더의 양 끝에는 기폭기가 배치되어 있으며, 기폭기 바로 안쪽에는 접시 모양의 삽입물 또는 셰이퍼가 배치되어 있습니다.기폭장치가 발사될 때, 초기 폭발은 셰이퍼와 실린더의 끝 사이에 끼여 셰이퍼의 가장자리로 이동하게 되고, 여기서 가장자리를 중심으로 회절되어 폭발물의 주 덩어리로 들어가게 됩니다.이로 인해 폭발이 셰이퍼에서 [21]안쪽으로 진행되는 고리로 형성됩니다.

진행을 형상화하기 위한 탬퍼나 렌즈가 없기 때문에, 폭발은 구형의 피트까지 도달하지 않습니다.원하는 구면 내파를 생성하기 위해 핵분열성 재료 자체가 동일한 효과를 내도록 성형됩니다.폭발물 질량 내 충격파 전파의 물리학적 특성으로 인해, 이를 위해서는 구덩이가 프롤레이트 구상체, 즉 대략 달걀 모양이어야 합니다.충격파는 먼저 끝의 구덩이에 도달하여 구형이 됩니다.또한 이 충격으로 플루토늄이 델타에서 알파로 변화하여 밀도가 23% 증가하지만 실제 [citation needed]내폭의 내부 모멘텀은 증가하지 않을 수 있습니다.

압축의 부족은 이러한 설계를 비효율적으로 만들지만, 단순성과 작은 직경 때문에 포탄과 ADM(배낭 또는 여행 가방 핵)에 사용하기에 적합하다. 예를 들어 지금까지 제조 또는 배치된 핵무기 중 가장 작은 W48 포탄이 있다.U-235 설계든 Pu-239 설계든 모든 저수익 전장 무기는 6~10인치(15~25cm)[citation needed]의 직경을 달성하기 위해 핵분열성 물질에 높은 가격을 지불한다.

미국의 선형 폭발 무기 목록

포병[citation needed]

  • W48(1963~1992)
  • W74(취소)
  • W75(취소)
  • W79 Mod 1 (1981~1992)
  • W82 Mod 1 (취소)

중공 피트의 붕괴

더 효율적인 내폭 시스템은 중공 구멍을 [citation needed]사용한다.

1945년 Fat Man 폭탄의 원래 계획은 중공 플루토늄 갱이었지만, 그것을 위한 내폭 시스템을 개발하고 시험할 충분한 시간이 없었다.시간 제약을 고려할 때 단순한 솔리드 피트 설계가 더 신뢰할 수 있는 것으로 간주되었지만, 무거운 U-238 변조기, 두꺼운 알루미늄 푸셔 및 3톤의 고성능 [citation needed]폭발물이 필요했다.

전쟁 후 움푹 패인 구덩이 디자인에 대한 관심이 되살아났다.그것의 분명한 장점은 충격 변형되어 텅 빈 중심부를 향해 내몰리는 플루토늄의 중공 껍질이 단단한 구체로서 격렬한 조립으로 탄력을 실어준다는 것이다.자동 감쇠식이며, 소형 U-238 탬퍼, 알루미늄 푸셔 및 [citation needed]고폭발물이 필요합니다.

핵융합 촉진 핵분열

소형화의 다음 단계는 최소 관성 가두는 시간을 줄이기 위해 피트의 파쇄 속도를 높이는 것이었다.이를 통해 더 적은 질량의 연료를 변조 또는 연료 자체의 형태로 효율적으로 핵분열할 수 있습니다.더 빠른 핵분열을 달성하기 위한 열쇠는 더 많은 중성자를 도입하는 것이며, 이를 위한 많은 방법 중에서, 핵융합 반응을 추가하는 것은 중공 [citation needed]갱의 경우 비교적 쉬웠다.

가장 쉽게 달성할 수 있는 핵융합 반응은 삼중수소와 [22]중수소의 50-50 혼합물에서 발견된다.핵융합 전력 실험의 경우 이 혼합물을 비교적 오랜 시간 고온에서 보관해야 효율적인 반응을 얻을 수 있습니다.그러나 폭발물의 경우 목표는 [citation needed]효율적인 핵융합이 아니라 프로세스 초기에 추가 중성자를 제공하는 것이다.핵폭발은 초임계이기 때문에 추가 중성자는 연쇄반응에 의해 증식되므로 초기에 도입된 소량이라도 최종 결과에 큰 영향을 미칠 수 있다.이러한 이유로 중공 피트 탄두의 중심에서 발견되는 상대적으로 낮은 압축 압력과 시간(융합 용어)도 원하는 효과를 [citation needed]내기에 충분하다.

부스트 설계에서는, 무장중에 가스 형태의 융접 연료를 피트내에 펌핑 한다.이것은 핵분열이 [23]시작되면 헬륨으로 융합되어 자유 중성자를 방출할 것이다.중성자는 갱도가 여전히 임계 상태이거나 거의 임계 상태에 있는 동안 다수의 새로운 연쇄 반응을 시작할 것이다.일단 중공 피트가 완성되면, 부스트하지 않을 이유가 거의 없다. 중수소와 삼중수소는 필요한 소량으로 쉽게 생산되고 기술적 측면은 사소한 [22]것이다.

핵융합 촉진 핵분열의 개념은 1951년 5월 25일 Eniwetok온실 운영의 항목 샷에서 45.5킬로톤을 [citation needed]산출하는 것으로 처음 테스트되었다.

부스팅은 세 가지 방법으로 직경을 감소시키며, 모든 결과는 더 빠른 핵분열의 결과입니다.

  • 압축된 피트를 그렇게 오래 함께 고정할 필요가 없기 때문에, 거대한 U-238 탬퍼는 경량 베릴륨 쉘로 대체될 수 있습니다(탈출 중성자를 피트 안으로 반사하기 위해).직경이 [citation needed]축소됩니다.
  • 피트 질량은 수율을 낮추지 않고 절반으로 줄일 수 있습니다.지름이 [citation needed]다시 줄어듭니다.
  • 또, 파쇄하는 금속의 질량(탬퍼+피트)이 저감 되기 때문에, 보다 적은 양의 고폭약 장입이 필요하기 때문에,[citation needed] 한층 더 직경을 삭감할 수 있다.
U.S. Swan Device.svg

[필요한 건]

치수가 이러한 모든 기능(2포인트, 중공 피트, 핵융합 부스트 내폭)의 채용을 나타내는 최초의 디바이스는 Swan 디바이스입니다.그것은 지름 11.6인치(29cm)와 길이 22.8인치(58cm)[citation needed]의 원통형 모양을 하고 있었다.

그것은 처음에 단독으로 시험되었고, 그리고 나서 레드윙 작전 기간 동안 2단 열핵 장치의 1차 시험으로 시험되었다.Robin 프라이머리로서 무기화되어 최초의 기성 다용도 프라이머리, 그리고 [citation needed]그 후의 모든 것을 위한 프로토타입이 되었습니다.

Nuclear Weapon Miniaturization.png

Swan의 성공 이후 11인치 또는 12인치(28cm 또는 30cm)가 1950년대에 [citation needed]테스트된 부스트 1단계 장치의 표준 직경이 된 것처럼 보였다.길이는 보통 지름의 두 배였지만 W54 탄두가 된 그러한 장치 중 하나는 겨우 15인치(38cm) 길이의 구에 가까웠다.

W54의 응용 프로그램 중 하나는 데이비 크로켓 XM-388 무반동 소총 발사체였다.치수는 11인치(28cm)에 불과해, 전작의 Fat Man(60인치(150cm))에 비해 여기에 표시되어 있습니다.

증강의 또 다른 이점은 주어진 생산량에 대해 더 작고, 더 가볍고, 더 적은 핵분열성 물질을 만드는 것 외에, 그것이 무기들을 사전토네이션에 [citation needed]면역이 되게 만든다는 것이다.플루토늄 피트는 인근 핵폭발의 강한 방사선에 노출될 경우 특히 부분적인 프레데톤화에 취약하다는 것이 1950년대 중반에 발견되었다(전자제품도 손상될 수 있지만 이는 별개의 [citation needed]문제였다).선제공격으로 보복무기가 무용지물이 될 수 있기 때문에 조기경보레이더 시스템이 가동되기 전에는 RI가 특히 문제였다.부스팅은 무기에 필요한 플루토늄 양을 이 [citation needed]효과에 취약한 양 이하로 줄인다.

2단 열핵

순수 핵분열 또는 핵융합 촉진 핵분열 무기는 핵분열 물질과 삼중수소에서 많은 비용을 들여 수백 킬로톤을 생산할 수 있지만,[citation needed] 10킬로톤 정도 이상으로 핵무기 수율을 증가시키는 가장 효율적인 방법은 보조라고 불리는 두 번째 독립 단계를 추가하는 것이다.

아이비 마이크, 첫 2단계 열핵 폭발, 1952년 11월 1일 10.4 메가톤.

1940년대에 로스앨러모스의 폭탄 설계자들은 2차 폭탄이 액화 또는 수소화 형태의 중수소통일 것이라고 생각했다.핵융합 반응은 D-D로, D-T보다 달성하기 어렵지만 가격이 더 저렴합니다.한쪽 끝에 있는 핵분열 폭탄은 충격을 가하고 가까운 쪽을 가열할 것이고, 핵융합은 통을 통해 멀리까지 전파될 것이다.수학 시뮬레이션은 비싼 삼중수소가 다량 [citation needed]추가되더라도 효과가 없을 것이라는 것을 보여주었다.

핵융합 연료통 전체를 핵분열 에너지로 감싸 압축하고 가열해야 합니다. 이는 1차 핵분열 시 부스터 충전과 같습니다.설계의 돌파구는 1951년 1월 에드워드 텔러와 스타니슬로 울람이 방사능 폭발을 발명하면서 이루어졌습니다. 이 폭발은 텔러-울람 수소폭탄 [24][25]비밀으로만 알려진 거의 30년 동안입니다.

방사능 내파 개념은 1951년 5월 9일 에니웨톡의 온실 작전의 조지 샷에서 처음 시험되었다. 생산량은 225킬로톤이다.1952년 11월 1일, 에니웨톡의 아이비 작전의 마이크 샷은 10.4 메가톤을 [citation needed]산출했습니다.

방사선 내파에서는 폭발하는 1차에서 발생하는 X선 에너지의 버스트가 포착되어 2차 핵에너지 성분을 둘러싼 불투명한 벽의 방사선 채널 내에 포함된다.방사선은 빨리 부식되고, 그리고 방사능이 pusher/tamper를 둘러싼 바깥쪽 층에 흡수되는 대부분 X선에 투명하므로 혈장에 채널을 채우고 있던 플라스틱 거품은고 적용되는 대규모 force[26](내 오랜 로켓 엔진처럼)은 핵 융합 연료 capsul를 일으키고 ablates 2차.eto 프라이머리 구덩이와 매우 흡사하다.이차 핵분열 "스파크 플러그"가 그 중심에 점화되고 중성자와 열을 제공하여 리튬 중수소 핵융합 연료가 삼중수소를 생성하고 점화도 할 수 있게 한다.핵분열과 핵융합 연쇄 반응은 서로 중성자를 교환하고 두 반응의 효율을 높인다.핵융합 중성자를 통한 부스트에 의한 핵분열성 "스파크 플러그"의 효율성 및 [citation needed]핵융합 폭발 자체는 1차보다 크지 않은 경우가 많음에도 불구하고 2차로부터 훨씬 더 큰 폭발 수율을 제공한다.

절제 메커니즘 발화 시퀀스.
  1. 발사 전 탄두.상단의 중첩된 구체가 핵분열 1차이며, 아래의 실린더가 핵융합 2차 장치입니다.
  2. 핵분열 프라이머리 폭발물이 터져서 프라이머리 핵분열 구덩이가 무너졌어
  3. 1차 핵분열 반응은 완료되었고, 1차 핵분열 반응은 현재 수백만 도에 달하며 감마선과 경질 X선을 방출하고 있으며, 호일라움 내부, 차폐물, 2차 핵분열기를 가열하고 있다.
  4. 경선 반응은 끝나고 확대됐다.이제 2차 푸셔의 표면이 너무 뜨거워져서 2차 푸셔(탬퍼, 핵융합 연료 및 핵분열성 스파크 플러그)도 안쪽으로 밀어 넣거나 팽창합니다.스파크 플러그가 핵분열을 시작합니다.묘사되지 않음: 방사선 케이스는 (그림의 명료성을 위해 생략됨) 외부로 확장되고 있다.
  5. 보조 연료는 핵융합 반응을 일으켰고 곧 연소될 것이다.불덩어리가 생기기 시작합니다.

예를 들어 1956년 7월 3일 레드윙 모호크 테스트의 경우 플루트라고 불리는 보조 장치가 스완 프라이머리에 부착되었습니다.플루트는 직경이 15인치(38cm), 길이가 23.4인치(59cm)로 백조 크기의 크기였다.하지만 무게는 10배, 에너지는 24배(355kt, 대 15kt)[citation needed]였다.

마찬가지로 중요한 것은 플루트에 들어 있는 활성 성분은 아마도 백조에 들어 있는 성분보다 더 비싸지 않을 것이다.대부분의 핵분열은 값싼 U-238에서 왔고, 삼중수소는 폭발 중에 제 위치에서 제조되었다.세컨더리 축의 스파크 플러그만 [citation needed]핵분열하면 된다.

구면 내파는 모든 방향에서 같은 지점을 향해 밀어 넣기 때문에 구면 내파는 원통형 내파 밀도보다 더 높은 내파 밀도를 달성할 수 있습니다.그러나 1메가톤 이상의 탄두를 생산하는 탄두에서 구형 2차 탄두의 지름은 대부분의 용도에 비해 너무 클 것이다.이러한 경우에는 원통형 보조 장치가 필요합니다.1970년 이후 다탄두 탄도미사일의 소형 원뿔형 재진입 차량은 구형 2차 탄두와 수백 킬로톤의 [citation needed]탄두를 가지고 있는 경향이 있었다.

부스팅과 마찬가지로, 2단계 열핵 설계의 장점이 너무 커서 한 나라가 기술을 [citation needed]습득하면 사용하지 않을 동기가 거의 없다.

공학적 측면에서 방사선 내파는 지금까지 실용화되지 않았던 몇 가지 알려진 핵폭탄 물질의 특징을 이용할 수 있게 한다.예를 들어 다음과 같습니다.

  • 중수소를 상당히 조밀한 상태로 저장하는 최적의 방법은 중수소를 리튬과 화학적으로 결합시키는 것이다.그러나 리튬-6 동위원소는 삼중수소 생산의 원료이기도 하며, 폭발 폭탄은 원자로이다.방사능 폭발은 폭탄이 폭발하는 동안 리튬-6이 삼중수소로 완전히 전환될 수 있을 만큼 모든 것을 함께 유지할 것이다.따라서 중수소에 대한 결합제는 사전 제조된 삼중수소가 2차 삼중수소에 저장되지 않고 D-T 융합 반응을 사용할 수 있게 한다.삼중수소 생산 제약이 [citation needed]사라진다.
  • 2차 물질이 주변의 뜨거운 방사선 유도 플라즈마에 의해 분해되려면 첫 번째 마이크로초 동안 냉각 상태를 유지해야 한다. 즉, 대규모 방사선(열) 차폐물로 감싸야 한다.방패의 질량은 방패가 두 배로 늘어나면서 폭발에 탄력과 지속 시간을 더한다.D-T 핵융합에 의해 생성된 중성자에 부딪힐 때 핵분열을 겪는 일반적인 값싼 우라늄-238보다 더 적합한 물질은 없다.푸셔라고 불리는 이 케이스는 세 가지 역할을 합니다: 2차 냉각을 유지하는 것, 관성적으로, 고도로 압축된 상태로 유지하는 것, 그리고 마지막으로, 전체 폭탄의 주요 에너지원으로서의 역할을 하는 것입니다.소모성 푸셔는 이 폭탄을 수소 핵융합 폭탄이라기보다는 우라늄 핵분열 폭탄으로 만든다.내부에서는 "수소 폭탄"[27]이라는 용어를 사용한 적이 없다.
  • 마지막으로, 핵융합 점화용 열은 1차 핵분열 폭탄이 아니라 2차 핵분열 폭탄의 심장에 내장된 스파크 플러그라고 불리는 두 번째 핵분열 폭탄에서 나옵니다.2차적 폭발은 이 스파크 플러그를 폭발시켜 주변의 물질에서 핵융합에 불을 붙이지만, 스파크 플러그는 완전히 소비될 때까지 중성자가 풍부한 환경에서 핵분열을 계속하여 [28]생산량을 크게 증가시킵니다.

그 후 50년 동안, 아무도 핵폭탄을 만드는 더 효율적인 방법을 생각해내지 못했다.그것은 열핵 5대 강국인 미국, 러시아, 영국, 중국, 프랑스가 선택한 디자인이다.북한은 2017년 9월 3일 첫 '2단계 열핵 실험'[29]을 실시했다.박사에 따르면 테오도르 테일러는 1986년 이전에 찍힌 분해된 무기 부품들의 유출된 사진을 검토한 후, 이스라엘은 강화된 무기를 보유하고 있었으며, 핵 실험 폭발 [30]없이 메가톤 범위의 완전한 2단계 무기를 향해 더 나아가기 위해 그 시대의 슈퍼컴퓨터를 필요로 할 것이다.다른 핵무기 보유국인 인도와 파키스탄은 아마도 1단계 무기를 보유하고 있을 것이며,[28] 아마도 증강되었을 것이다.

스테이지간

2단 열핵 무기에서 1차 에너지가 2차 열핵 무기에 영향을 미친다.1차 연료와 2차 연료 사이의 단계간 에너지 전달 변조기는[citation needed] 2차 연료가 너무 빨리 가열되지 않도록 보호하며, 이는 핵융합 및 핵분열 반응이 [citation needed]시작되기 전에 기존의 (그리고 작은) 열 폭발로 폭발할 수 있습니다.

공개 문헌에는 [citation needed]단계간 메커니즘에 대한 정보가 거의 없다.일반에 공식적으로 공개된 미국 정부 문서에서 처음 언급된 것은 2007년 신뢰할 수 있는 대체 탄두 프로그램을 홍보하는 그래픽의 자막으로 보인다.건설될 경우,[31] 이 새로운 설계는 중간 단계에서 "독성, 부서지기 쉬운 재료"와 "비싼 "특별한" 재료"를 대체할 것입니다.이 진술은 단계 간에는 1차 [32]중성자의 유속을 조절하기 위한 베릴륨과 특정 방식으로 X선을 흡수하고 재방사할 수 있는 무언가가 있을 수 있음을 시사한다.또한 코드명 Fogbank인 이 단계간 재료가 에어로겔일 수 있으며, 베릴륨 및/[33][34]또는 기타 물질이 도핑되어 있을 수 있다는 추측도 있다.

스테이지간과 세컨더리는 스테인리스강 막 안에 함께 포장되어 CSA(Canned Subassembly)를 형성합니다.이것은 오픈 소스 [35]도면에 나타난 적이 없는 배열입니다.중간 단계의 가장 상세한 그림은 1차 핵 무기와 원통 모양의 2차 핵 무기 사이에 있는 항목 군집을 보여준다.이 렌즈에는 "엔드 캡 및 중성자 초점 렌즈", "리플렉터/중성자 건 캐리지" 및 "리플렉터 랩"이라는 라벨이 부착되어 있다.그린피스가 인터넷에 올린 그림의 출처는 불분명하고 그에 따른 [36]설명도 없다.

특정 설계

모든 핵무기 설계는 위의 범주 중 하나에 속하지만, 특정 설계는 종종 뉴스 기사나 공개 토론의 대상이 되고 있으며, 종종 어떻게 작동하고 무엇을 하는지 부정확하게 기술된다.예:

알람시계/슬로이카

핵분열과 핵융합 사이의 공생 관계를 이용하기 위한 첫 번째 노력은 얇은 층을 번갈아 가면서 핵분열과 핵융합 연료를 혼합하는 1940년대 설계였다.단일 단계 장치로서, 그것은 핵분열을 증가시키는 번거로운 응용이 되었을 것이다.그것은 2단 열핵 [37]무기의 2차적인 것에 통합되었을 때 처음으로 실용화 되었다.

미국 이름인 알람시계는 텔러에서 따왔다.[38] 그는 슈퍼의 잠재력을 "깨워줄"지도 모르기 때문에 그렇게 불렀다.The Russian name for the same design was more descriptive: Sloika (Russian: Слойка), a layered pastry cake.1953년 8월 12일, 소련의 1단 슬로이카가 시험되었다.미국 버전은 테스트되지 않았지만 1954년 4월 26일 작전 캐슬의 유니언 샷은 알람 시계라는 이름의 2단 열핵 장치였다.비키니의 생산량은 6.9메가톤이었다.[citation needed]

소련의 슬로이카 실험은 미국의 첫 번째 실험 8개월 전에 건조 리튬-6 중수소화물을 사용했기 때문에, 비록 미국이 최초의 수소 폭탄인 아이비 마이크 H-bomb 테스트를 하고 개발했음에도 불구하고, 때때로 소련이 수소 폭탄 경쟁에서 이겼다고 주장되었다.1952년 미국의 아이비 마이크 실험에서는 2차 핵융합 연료로 극저온 냉각 액체 중수소를 사용했으며 D-D 핵융합 반응을 이용했다.그러나 진정한 H-bomb의 본질적인 특징인 방사능이 포함된 2차 장치를 사용한 최초의 소련 실험은 아이비 마이크 이후 3년 후인 1955년 11월 23일이었다.사실, 소련의 내폭 계획에 대한 실제 작업은 [citation needed]슬로이카의 실험에 성공한 지 몇 달 후인 1953년 초에야 시작되었다.

클린 폭탄

바순은 930만 톤의 깨끗한 폭탄이나 25만 톤의 더러운 폭탄의 원형입니다.1956년 테스트 전에 여기에 표시된 더러운 버전입니다.왼쪽에 있는 두 개의 부속품은 라이트 파이프입니다. 자세한 내용은 아래를 참조하십시오.

1954년 3월 1일, 미국 역사상 가장 큰 핵실험 폭발인 비키니 환초 작전 캐슬의 15메가톤급 브라보탄은 태평양 표면 [39]6,000 평방 마일(16,0002 킬로미터) 이상에 즉각 치사량의 핵분열 생성물 낙하를 보냈다.마셜 아일랜드 주민들과 일본 어민들의 방사능 부상은 이 사실을 공개했고 수소 폭탄에서의 핵분열의 역할을 밝혀냈다.

낙진에 대한 대중의 경각심에 대응하여, 거의 전적으로 핵융합에 의존하는 깨끗한 수 메가톤 무기를 설계하기 위한 노력이 이루어졌다.Teller-Ulam 설계에서 2차 및 후속 단계에서 탬퍼 물질로 사용될 때 비농축 천연 우라늄의 파열에 의해 생성된 에너지는 Castle Bravo 테스트에서와 같이 융접에 의해 방출되는 에너지를 훨씬 초과할 수 있다.탬퍼 안의 핵분열성 물질을 다른 물질로 교체하는 것은 "깨끗한" 폭탄을 만들기 위해 필수적이다.이러한 장치에서는 변조기가 더 이상 에너지를 공급하지 않기 때문에 어떤 무게라도 깨끗한 폭탄은 더 적은 수율을 얻을 수 있습니다.3단계 장치가 테스트되고 3단계 장치인 3단계 장치가 2차 장치에 의해 점화되는 것으로 알려진 가장 이른 발생률은 1956년 5월 27일 바순 장치에서였다.이 장치는 레드윙 작전의 주니 샷에서 테스트되었습니다.이 샷은 비분열성 탐퍼를 사용했습니다. 텅스텐이나 납과 같은 불활성 대체 물질이 사용되었습니다.그것의 생산량은 3.5 메가톤이었고, 85%의 핵융합과 15%의 [citation needed]핵분열밖에 되지 않았다.

핵융합 반응을 통해 수율 중 가장 높은 비율을 기록한 장치는 1970년대 평화적 핵폭발이다.그 외, 97%의 [40]융접시의 50메가톤의 차르 봄바, 95%의 [41]9.3메가톤의 하드택 포플러 테스트, 95%의 [42]융접시의 4.5메가톤의 레드윙 나바호 테스트가 있습니다.

핵폭발의 가장 야심찬 평화적 적용은 페초라강 유역과 카마강 유역 사이에 112km 길이의 운하를 건설하는 것을 목표로 소련에 의해 추진되었으며, 그 중 절반은 일련의 지하 핵폭발을 통해 건설될 예정이었다.최종 목표를 달성하기 위해 약 250개의 핵 장치가 사용될 것으로 보고되었다.Taiga 테스트는 프로젝트의 실현 가능성을 증명하기 위한 것이었다.이 15킬로톤의 "깨끗한" 장치 중 3개는 각각 127m 깊이의 약 165m 간격으로 떨어져 있는 별도의 시추공에 배치되었다.그것들은 1971년 3월 23일 동시에 폭발하여 바람에 의해 동쪽으로 운반된 방사성 플룸을 공중으로 날려보냈다.결과적으로 생긴 참호는 길이가 약 700m, [43]폭이 약 340m였으며, 깊이는 10-15m에 불과했다.이들의 "깨끗한" 특성에도 불구하고, 이 지역은 여전히 눈에 띄게 높은 핵분열 생성물 농도를 보이고 있으며, 토양, 장치 자체 및 지지 구조물의 강력한 중성자 충격은 또한 Co.와 같은 상당한 양의 인공 방사성 원소를 생성하기 위해 안정적인 원소를 활성화시켰다.이 세 가지 장치에 의해 생성된 현장에 존재하는 방사성 원소의 농도로 인한 전체적인 위험은 여전히 무시할 수 있지만, 예상한 대로 대규모 프로젝트는 방사성 연무의 낙진과 중성자 [44]충격에 의해 생성된 방사성 원소 모두에 상당한 결과를 초래했을 것이다.

1956년 7월 19일, AEC의 루이스 스트라우스 회장은 레드윙 주니 총기 난사 사건이 "인도주의적 측면에서 많은 중요성을 만들어냈다"고 말했다.그러나, 이 발표가 있은 지 이틀도 되지 않아, 우라늄-238 탬퍼가 장착된 바순 프라임이라고 불리는 더러운 버전의 바순이 레드윙 테와호가 발사된 것처럼 비키니 환초 앞바다의 바지선에서 시험되었다.바순 프라임은 500만 톤의 수율을 생산했으며, 그 중 87%는 핵분열에서 나왔다.이 실험과 다른 실험으로부터 얻은 자료들은 미 공군 폭격기가 탑재하기로 한 B41 핵폭탄으로 지정된 25메가톤의 최대 "더러운" 수율을 가진 3단 열핵 무기의 최종 배치로 정점을 찍었다.이 무기는 완전히 [citation needed]테스트되지 않았다.

제3세대

1세대와 2세대 핵무기는 에너지를 전방위 폭발로 방출한다.3세대[45][46][47] 핵무기는 특수효과탄두와 직접 에너지를 방출할 수 있는 실험용 장치로 냉전시대에는 실험됐지만 실전 배치되지는 않았다.여기에는 다음이 포함됩니다.

제4세대

순수 핵융합 무기와 반물질 촉매 핵펄스 추진 장치를 [50][51][52]포함한 새로운 4세대[49] 핵무기 설계는 5대 핵무기 국가에서 [53][54]연구되고 있다.

코발트 폭탄

1957년 네빌 슈트의 소설과 1959년 영화 ' 더 비치'에 의해 인기를 끈 종말의 폭탄은 코발트 덮개가 있는 수소 폭탄이다.중성자 활성 코발트는 방사능 낙진으로 인한 환경 피해를 극대화했을 것이다.이 폭탄들은 1964년 영화 '스트랜젤러브 박사'나 '내가 어떻게 걱정을 멈추고 폭탄사랑하는지'에서 대중화 되었다. 폭탄에 첨가된 물질은 영화에서 '코발트토륨 G'[citation needed]로 언급된다.

이런 소금에 절인 무기는 미 공군에 의해 요청되었고, 심각하게 조사되었고, 제작되고 시험되었지만,[citation needed] 실전 배치되지는 않았다.1964년판 DOD/AEC의 책 The Effects of Nuclear Weapons에서, Radiological Warpare라는 제목의 새로운 섹션이 이 [55]문제를 명확히 했다.핵분열 생성물은 중성자 활성 코발트만큼 치명적이다.표준 고화질 열핵 무기는 자동적으로 코발트 [citation needed]폭탄처럼 더러운 방사능 전쟁의 무기이다.

처음에, 동등한 크기의 핵분열-융합-핵분열 폭탄의 핵분열 생성물에서 나오는 감마선은 Co-60보다 훨씬 더 강렬하다. 즉, 1시간에 15,000배, 1주에 35배, 1개월에 5배, 6개월에 약 같다.그 후 핵분열이 급격히 감소하여 Co-60 낙진은 1년 핵분열보다 8배, 5년 핵분열은 150배 강해진다.핵분열에 의해 생성된 매우 긴 수명 동위원소는 약 75년 [56]후에 Co를 다시 추월할 것이다.

1971년 3월 예비 페초라-카마 운하 프로젝트의 일부로서 삼중 "타이가" 핵 살보 실험은 소량의 핵분열 생성물을 생산했다. 따라서 비교적 많은 양의 사례 물질 활성화 생성물이 오늘날 현장의 잔류 활동의 대부분을 담당한다. 즉, Co-60.2011년 현재 핵융합 발생 중성자 활성화는 시험 현장에서 감마선량의 약 절반을 담당했다.그 양은 유해한 영향을 끼치기에는 너무 적고,[57][58] 형성된 호수 주변에는 정상적인 녹색 식생들이 존재한다.

임의의 대규모 다단계 디바이스

Teller-Ulam 단계가 임의로 많고, 각각이 이전 단계보다 더 큰 방사선 구동 내폭을 구동하는 장치에 대한 아이디어는 자주 [59][60]제안되지만, 기술적으로 논란이 [61]되고 있다."2단계 무기에 대한 잘 알려진 스케치와 합리적으로 보이는 계산은 공개 문헌에 있지만, 진정한 3단계 [61]개념에 대한 비슷하게 정확한 설명은 없다."

조지 레머의 1967년 공군과 전략 억지력에 따르면 1957년 LANL은 1,000 메가톤 탄두를 만들 [62]수 있다고 밝혔다.기가톤(1,000메가톤) 범위에서 분석된 미국 디자인은 LLNL의 GNOMON과 SUNDIAL(그림자를 드리우는 객체)과 LANL의 TAV. SUNDIAL은 10Gt의[citation needed] 수율을 얻으려고 하는 반면 Gnomon과 TAV는 [63][better source needed]1Gt의 수율을 얻으려고 했습니다.상기의 3개의 미국 디자인에 관한 정보를 요구하는 정보자유요청(FOIA 13-00049-K)이 제출되었습니다.이 요청은 기밀자료와 관련된 법적 면제에 따라 거부되었습니다.이 요청은 항소되었지만,[64][65] 2016년 4월에 다시 거부되었습니다.

1994년 슈메이커-레비 9 혜성이 목성에 충돌한 것으로 추정되는 기가톤 규모로 인해 야기된 우려에 따라, 에드워드 텔러는 1995년 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL)에서 열린 회의에서 미국과 러시아의 전냉전 무기 설계자들에게 1,000 메가톤급 핵폭발 설계를 공동으로 제안했다. 멸종급 소행성(지름 10km 이상)을 우회시키기 위한 장치로서, 이러한 소행성 중 [66][67][68]하나가 지구와 충돌 궤도에 있을 때 사용될 것이다.

텔러의 제자인 로웰 우드는 1979년 중수소 연료 촛대에 불을 붙이는 것과 유사한 텔러의 초기 작동 불가능한 "고전적 슈퍼" 디자인이 총형 핵분열 무기가 아닌 충분히 큰 텔러 울람 장치에 의해 점화된다면 잠재적으로 안정적으로 점화될 수 있다고 몇 가지 계산했다.원래 [69]디자인에 사용되었습니다.

중성자 폭탄

기술적으로 강화된 방사선 무기(ERW)라고 불리는 중성자 폭탄은 에너지의 많은 부분을 에너지 중성자 방사선으로 방출하도록 특별히 설계된 전술 핵무기의 일종이다.이는 전체적인 폭발 수율을 높이기 위해 강력한 중성자 방사선을 포착하도록 설계된 표준 열핵 무기와 대조된다.수율 측면에서 ERW는 일반적으로 핵분열형 핵무기의 약 10분의 1을 생산한다.폭발력이 현저히 낮더라도 ERW는 기존 폭탄보다 훨씬 더 큰 파괴력을 가질 수 있습니다.한편, 다른 핵무기와 비교했을 때, 피해는 물질 기반 시설보다는 생물학적 물질에 더 집중된다(극단적인 폭발과 열 영향은 [citation needed]제거되지 않음).

ERW는 억제된 항복 무기로 더 정확하게 묘사됩니다.핵무기의 수율이 1킬로톤 미만일 때, 폭발로 인한 치사 반지름인 700m(2,300ft)는 중성자 방사선의 반지름보다 작다.그러나 이 폭발은 대부분의 구조물을 파괴할 정도로 강력하며, 이 구조물은 보호받지 않은 인간보다 폭발 효과에 대한 저항력이 떨어진다.20PSI 이상의 블라스트 압력은 생존 가능하지만 대부분의 건물은 5PSI의 [citation needed]압력으로 붕괴됩니다.

주민을 죽이고 기반시설을 그대로 두도록 설계된 무기로 오해되는 이 폭탄들은 여전히 넓은 반경 내의 건물을 평탄하게 만들 수 있는 능력이 있다.이들의 설계 목적은 탱크 승무원 즉, 폭발과 열로부터 뛰어난 보호 기능을 제공하는 탱크로, 폭발에 매우 근접한 상태로 살아남기 위한 것이었다.냉전 기간 동안 소련의 방대한 탱크 병력을 고려할 때, 이것은 그들에게 대항할 완벽한 무기였다.중성자 방사선은 열과 폭발이 보호되지 않은 인간을 무력화시킬 정도의 거리까지 탱크 승무원을 즉시 무력화시킬 수 있다(설계에 따라 다름).탱크 섀시는 또한 높은 방사능을 띠게 되어 새로운 승무원에 [citation needed]의한 재사용을 일시적으로 방해할 것이다.

그러나 중성자 무기는 다른 용도로도 사용할 수 있었다.예를 들어, 중성자속은 열이나 폭발보다 더 넓은 범위에서 들어오는 탄두를 중화시킬 수 있는 반핵 방어에 효과적이다.핵탄두는 물리적 손상에 매우 강하지만 극단적인 [citation needed]중성자속에는 매우 단단하다.

무기의 에너지 분배
표준. 확장
폭발. 50% 40%
열에너지 35% 25%
순간 방사선 5% 30%
잔류 방사선 10% 5%

ERW는 핵분열 수율을 최소화하기 위해 모든 비필수 우라늄을 제거한 2단 서모핵이었다.핵융합은 중성자를 제공했어요1950년대에 개발된 이 로켓은 1970년대에 유럽에 주둔한 미군에 의해 처음 배치되었다.마지막 것들은 1990년대에 [citation needed]퇴역했다.

중성자 폭탄은 효율적인 핵융합 단계 발화가 가능할 정도로 수율이 높고 케이스 두께가 너무 많은 중성자를 흡수하지 않을 정도로 수율이 낮을 경우에만 가능하다.즉, 중성자 폭탄의 항복 범위는 1~10킬로톤이며 핵분열 비율은 1킬로톤에서 50%에서 10킬로톤에서 25%까지 다양하다(모든 것이 1차 단계에서 발생한다).따라서 킬로톤당 중성자 출력은 순수 핵분열 폭발 무기 또는 W87이나 [70]W88과 같은 전략 탄두의 10-15배이다.

무기 설계 연구소

이 기사에서 논의된 모든 핵무기 설계 혁신은 설명된 방식으로 다음의 세 가지 실험실에서 비롯되었다.다른 나라의 다른 핵무기 설계 연구소는 이러한 설계 혁신을 독립적으로 복제하거나, 낙진 분석으로부터 역설계하거나,[71] 스파이 활동을 통해 획득하였다.

로렌스 버클리

핵무기 설계 개념에 대한 최초의 체계적인 탐구는 캘리포니아 버클리 대학에서 1942년 중반에 이루어졌다.1940년 사이클로트론 제조 및 플루토늄 분리 등 인근 로렌스 버클리 연구소에서 중요한 초기 발견이 이루어졌다.버클리 대학의 교수인 로버트 오펜하이머는 미국의 비밀 폭탄 설계 작업을 운영하기 위해 막 고용되었다.그의 첫 번째 행동은 1942년 여름 [citation needed]회의를 소집하는 것이었다.

1943년 봄 뉴멕시코 로스앨러모스로 작전을 옮겼을 때 핵무기 설계에 대한 축적된 지혜는 로버트 서버 버클리 교수의 5가지 강의로 구성돼 로스앨러모스 [72]입문서로 번역돼 배포됐다.프라이머는 핵분열 에너지, 중성자 생산 및 포획, 핵 연쇄 반응, 임계 질량, 탐퍼, 프레데톤화 및 폭탄 조립의 세 가지 방법, 즉 총 조립, 내폭 및 "자율 촉매 방법"[citation needed]을 다루었다.

로스앨러모스

로스 알라모스에서는 1944년 4월 에밀리오 세그레가 제안신맨 건 조립형 폭탄이 플루토늄에는 Pu-240 불순물에 의한 사전토네이션 문제 때문에 작동하지 않을 것이라는 것을 발견했다.그래서 폭발형 폭탄인 팻맨은 플루토늄의 유일한 선택지로서 높은 우선순위가 주어졌다.버클리 대학의 논의는 임계 질량의 이론적인 추정치를 만들어냈지만, 정확한 것은 없었다.로스앨러모스에서 전시의 주된 일은 임계 질량의 실험적인 결정이었다. 이 결정체는 생산 공장에서 충분한 양의 핵분열성 물질, 즉 테네시 오크리지의 우라늄과 워싱턴 [citation needed]핸포드 사이트의 플루토늄이 도착할 때까지 기다려야 했다.

1945년, 중요한 대량 실험의 결과를 이용하여, 로스 알라모스 기술자들은 4개의 폭탄: 트리니티 가젯, 리틀 보이, 팻 맨, 그리고 사용되지 않은 여분의 팻 맨의 부품을 제작하고 조립했다.전쟁이 끝난 후, 오펜하이머를 포함하여, 할 수 있었던 사람들은 대학교 교직에 복귀했다.이들은 1946년 [citation needed]비키니 환초에서 공중부양과 중공 구덩이를 연구하며 Crossroads Able과 Baker와 같은 무기효과 실험을 했다.

핵융합을 핵무기에 통합하기 위한 모든 필수 아이디어는 1946년에서 1952년 사이에 로스 알라모스에서 시작되었다.1951년 텔러-울람 방사능 폭발 사고 이후 기술적인 영향과 가능성은 충분히 조사되었지만, 장거리 공군 폭격기를 위한 가장 큰 폭탄을 만드는 것과 직접적으로 관련이 없는 아이디어는 [citation needed]보류되었다.

오펜하이머는 수소폭탄 논쟁에서 대형 열핵 무기에 반대하는 초기 입장과 그가 떠났음에도 불구하고 로스 알라모스에 여전히 영향력을 가지고 있다는 가정 때문에, 에드워드 텔러의 정치적 동맹자들은 그가 수소폭탄을 추구하기 위해 그의 실험실이 필요하다고 결정했다.1952년 캘리포니아 리버모어에서 오픈했을 때 로스앨러모스는 리버모어가 [citation needed]의도한 일을 끝마쳤다.

로렌스 리버모어

원래 임무를 더 이상 수행할 수 없게 되자, 리버모어 연구소는 급진적인 새로운 디자인을 시도했지만 실패했다.1953년에는 우라늄 수소화물 구덩이가 있는 2단 핵분열 장치, 1954년에는 2단 핵분열 장치가 너무 빨리 가열되어 방사능 붕괴가 [citation needed]제대로 작동하지 않는 2단 핵분열 장치였다.

리버모어는 기어를 바꾸면서 로스앨러모스가 보류한 아이디어를 육군과 해군을 위해 개발하기로 결정했다.이것은 리버모어를 작은 직경의 전술 무기, 특히 스완과 같은 2점 폭발 시스템을 사용하는 무기들을 전문적으로 다루게 했다.소경 전술 무기는 소경 보조 병기의 기본이 되었다.1960년경, 초강대국 군비 경쟁이 탄도 미사일 경쟁이 되었을 때, 리버모어 탄두는 크고 무거운 로스 알라모스 탄두보다 더 유용했다.로스 알라모스 탄두는 최초의 중거리 탄도 미사일인 IRBM에 사용되었지만, 작은 리버모어 탄두는 최초의 대륙간 탄도 미사일인 ICBM과 잠수함 발사 탄도 미사일인 SLBM과 같은 [73]미사일의 최초의 다탄두 시스템에 사용되었다.

1957년과 1958년에 두 연구소는 1958년에 계획된 시험 금지가 영구화될 것을 예상하여 가능한 한 많은 설계를 제작하고 테스트했습니다.1961년 테스트가 재개되었을 때 두 실험실은 서로 중복되어 있었고, 설계 작업은 연구실 전문성보다는 워크로드 고려 사항에 더 많이 할당되었습니다.어떤 디자인들은 말이 끄는 것이었다.예를 들어 Titan I 미사일W38 탄두는 리버모어 프로젝트로 시작돼 아틀라스 미사일 탄두가 됐을 때 로스앨러모스에 넘겨졌고 1959년 리버모어에서 로스앨러모스로 [citation needed]넘어간 W54 데이비 크로켓 탄두와 교환해 리버모어에 넘겨졌다.

1960년 이후의 탄두 설계는 모델 변경의 성격을 띠었고, 모든 신형 미사일은 마케팅상의 이유로 새로운 탄두를 갖게 되었다.주요 실질적인 변화는 핵분열성 우라늄-235를 2차 핵분열성 우라늄-235를 2차 핵분열성 우라늄으로 압축하는 것이었다. 우라늄 농축이 지속되고 대용량 [citation needed]폭탄이 폐기됨에 따라 핵분열성 우라늄-235를 2차 핵분열성 우라늄으로 압축할 수 있게 되었다.

1980년대 중반 리버모어의 노바 시설을 시작으로 방사능에 의한 내파와 관련된 핵 설계 활동은 간접 구동 레이저 핵융합 연구를 통해 보고되었다.이 작업은 관성 구속 융합을 조사하기 위한 노력의 일부였다.강력한 국립 점화 시설에서도 유사한 작업이 계속되고 있습니다.NIF에서 실시된 연구로 인해 비축 관리 프로그램도 혜택을 받았다.[citation needed]

폭발 테스트

핵무기의 상당 부분은 시행착오를 거쳐 설계된 것이다.이 시험에는 시제품의 시험 폭발이 수반되는 경우가 많습니다.

핵폭발에서는 다양한 확률과 함께 많은 개별 사건들이 장치 케이싱 내부의 단기간의 혼돈 에너지 흐름으로 통합된다.프로세스를 근사하기 위해서는 복잡한 수학적 모델이 필요하며, 1950년대에는 이러한 모델을 적절하게 실행할 수 있는 강력한 컴퓨터가 없었습니다.오늘날의 컴퓨터나 시뮬레이션 소프트웨어조차 [74]충분하지 않다.

비축에 필요한 믿을 만한 무기를 설계하는 것은 충분히 쉬웠다.시제품이 작동한다면, 그것은 무기화되고 대량 생산될 [citation needed]수 있을 것이다.

그것이 어떻게 작동했는지, 왜 실패했는지 이해하는 것은 훨씬 더 어려웠다.설계자들은 장치가 스스로 파괴되기 전에 폭발 과정에서 가능한 한 많은 데이터를 수집했으며, 종종 시뮬레이션 결과와 일치하도록 방정식에 퍼지 계수를 삽입하여 모델을 보정하는 데 데이터를 사용했습니다.그들은 또한 얼마나 많은 잠재적 핵반응이 [citation needed]일어났는지 보기 위해 낙진에 있는 무기 잔해들을 분석했다.

라이트 파이프

테스트 분석을 위한 중요한 도구는 진단등 파이프였습니다.테스트 장치 내부의 프로브는 금속판을 매우 곧은 긴 [citation needed]파이프의 끝에 위치한 계측기로 기록될 수 있는 현상인 발화까지 가열하여 정보를 전송할 수 있습니다.

아래 사진은 1954년 3월 1일 비키니에서 터진 Shrimp 장치를 Castle Bravo 테스트로 보여줍니다.1500만 톤의 폭발은 미국 역사상 가장 큰 폭발이었다.남자의 실루엣은 스케일로 보여진다.디바이스는 아래 끝에서 지원됩니다.숏 캡 천장에 들어가는 배관은 지지대로 보이지만 실제로는 진단용 라이트 파이프입니다.오른쪽 끝에 있는 8개의 파이프는 프라이머리 폭발에 대한 정보를 전송했다.가운데 2개는 1차 X선이 2차 방사선 채널에 도달한 시간을 표시했다.마지막 두 파이프(3)는 방사선이 방사선 채널의 먼 끝에 도달한 시간을 기록했으며,[75] (2)와 (3)의 차이는 채널에 대한 방사선 전달 시간이었다.

Castle Bravo Shrimp composite.png

샷 택시에서 파이프는 수평으로 회전해 비키니 암초에 세워진 둑길을 따라 나무섬의 [citation needed]원격 제어 데이터 수집 벙커까지 7500피트(2.3km)를 이동했다.

X선은 보통 (2)와 (3) 사이의 플라스틱 폼 채널 필러와 같은 저밀도 재료를 통해 빛의 속도로 이동하지만, 폭발하는 1차 방사선의 강도는 채널 필러에 상대적으로 불투명한 방사 전선을 형성하며, 이는 느리게 움직이는 로그잼처럼 작용하여 방사 에너지의 통과를 지연시킵니다.방사선 유도 절제를 통해 2차 중성자가 압축되는 동안, 1차 중성자는 X선을 따라잡고, 2차 중성자로 침투하고, 위의 첫 번째 섹션에서 설명한 세 번째 반응을 통해 삼중수소를 번식시키기 시작한다.이 Li-6 + n 반응은 발열 반응으로 이벤트당 5 MeV를 생성합니다.스파크 플러그는 아직 압축되지 않았기 때문에 아임계 상태로 유지되므로 결과적으로 유의한 핵분열이나 융합이 발생하지 않습니다.그러나 2차 붕괴가 완료되기 전에 충분한 중성자가 도달하면 2차 외부와 내부 사이의 중요한 온도 차이가 저하되어 2차 발화에 실패할 수 있다.리버모어가 설계한 최초의 열핵 무기인 모겐스턴 장치는 1954년 4월 7일 캐슬 쿤으로 시험되었을 때 이러한 방식으로 실패했다.1차 발화했지만 1차 중성자파에 의해 예열된 2차 발화기는 비효율적[76]: 165 폭발을 겪었다. 따라서 예측 수율이 1메가톤인 무기는 110킬로톤을 생산했고, 그 중 10kt만 [77]: 316 핵융합에 기인했다.

이러한 타이밍 효과와 그로 인해 발생하는 모든 문제는 광파이프 데이터로 측정됩니다.그들이 교정하는 수학적 시뮬레이션은 방사선 흐름 유체역학 코드 또는 채널 코드라고 불립니다.이 값은 향후 설계 [citation needed]수정의 효과를 예측하는 데 사용됩니다.

새우등 파이프가 얼마나 성공적이었는지는 공개 기록에서 명확하지 않다.무인 데이터 벙커는 폭 1마일의 분화구 밖에 남아 있을 만큼 멀리 떨어져 있었지만 예상보다 2.5배 더 강력했던 15메가톤급 폭발로 20톤급 문이 경첩에서 떨어져 벙커 내부를 가로질러 터졌다.[78]

낙진 분석

캐슬 브라보에서 나온 가장 흥미로운 데이터는 낙진 중의 무기 파편에 대한 방사능 화학 분석에서 나왔다.농축 리튬-6의 부족으로 인해, 새우 2차 리튬의 60%는 리튬-6만큼 삼중수소를 쉽게 번식시키지 않는 일반 리튬-7이었다.그러나 리튬-6은 (n, 2n) 반응(중성자 1개 입력, 중성자 2개 출력)의 산물로 번식한다. 이는 알려진 사실이지만 불확실한 확률이다.그 확률은 [citation needed]높은 것으로 판명되었다.

낙진 분석 결과, 설계자들에게 (n, 2n) 반응으로 새우 2차 리튬이 예상치의 2배 반을 효과적으로 함유하고 있는 것으로 밝혀졌다.삼중수소, 핵융합 수율, 중성자, 핵분열 수율이 모두 그에 [79]따라 증가했다.

앞서 언급한 바와 같이 브라보의 낙진 분석은 핵융합 장치보다 핵폭탄이 핵분열 장치라는 사실을 처음으로 외부에 알렸다.일본 어선인 다이고 후쿠류마루는 갑판에 충분한 낙진물을 싣고 귀국하여 일본과 다른 지역의 과학자들이 낙진의 대부분이 핵융합으로 생성된 14 MeV [citation needed]중성자에 의한 U-238의 핵분열에서 비롯되었다고 판단하고 발표할 수 있었다.

지하 테스트

네바다주 유카플랫의 침하 크레이터.

캐슬 브라보 사건에서 시작된 방사능 낙진에 대한 세계적인 경보는 결국 핵실험을 말 그대로 지하로 몰아넣었다.미국의 마지막 지상 실험은 1962년 11월 4일 존스턴 섬에서 이루어졌다.이후 1992년 9월 23일까지 30년 동안 미국은 라스베이거스 [citation needed]북서쪽 네바다 시험장(NTS)에서 소수를 제외하고 매달 평균 2.4회의 지하 핵폭발을 수행했다.

NTS의 Yucca Flat 섹션은 핵폭발에 의해 생성된 방사능 동굴 위의 지형 붕괴로 인한 침하 크레이터로 덮여 있다(사진 참조).

지하 폭발을 150킬로톤 이하로 제한한 1974년 임계 시험 금지 조약(TTBT) 이후, 반 메가톤 W88과 같은 탄두는 최대 산출량 이하로 시험해야 했다.2차 폭발에 대한 데이터를 생성하기 위해 1차 폭발은 최대 수율로 폭발해야 하기 때문에 2차 폭발에서 수율 감소가 발생해야 했다.리튬-6 중수소 핵융합 연료의 대부분을 리튬-7 수소화물로 대체하면, 핵융합에 사용할 수 있는 삼중수소가 제한되었고, 따라서 내해의 역학을 바꾸지 않고 전체 수율을 제한했다.장치의 기능은 광파이프, 기타 감지 장치 및 갇힌 무기 파편의 분석을 사용하여 평가할 수 있다.비축된 무기의 전체 생산량은 [citation needed]추정을 통해 계산될 수 있다.

생산 시설

1950년대 초 2단 무기가 표준이 되었을 때 무기 설계는 널리 분산된 새로운 미국 생산 시설의 배치를 결정했고, 그 반대도 마찬가지였다.

프라이머리는 부피가 큰 경향이 있기 때문에 특히 직경이 크기 때문에 플루토늄은 베릴륨 리플렉터를 가진 핵분열성 물질입니다.그것은 우라늄보다 임계 질량이 작다.콜로라도주 볼더 인근의 록키플랫스 공장은 1952년 피트 생산을 위해 지어졌고 결과적으로 플루토늄과 베릴륨 제조 시설이 [citation needed]되었다.

칼루트론이라 불리는 질량분석기맨해튼 프로젝트를 위해 농축 우라늄을 생산했던 테네시주 오크리지의 Y-12 공장은 2차 공장으로 재설계됐다.핵분열 U-235는 임계 질량이 크기 때문에, 특히 초기 열핵 2차 원통형에서 최고의 스파크 플러그가 된다.초기 실험에서는 이 두 핵분열성 물질을 복합 Pu-Oy 피트와 스파크 플러그로 사용했지만, 대량 생산을 위해서는 공장들이 전문화하는 것이 더 쉬웠다: 1차 플루토늄 피트와 2차 [citation needed]우라늄 스파크 플러그, 푸셔.

Y-12는 리튬-6 중수소 핵융합 연료와 U-238 부품을 만들었는데, 나머지 두 [citation needed]가지 성분이다.

리치랜드 WA 인근의 핸포드 사이트는 제2차 세계대전과 냉전 기간 동안 플루토늄 생산 원자로와 분리 시설을 운영했다.플루토늄 생산용 원자로 9기가 그곳에 건설되어 가동되었다.첫 번째는 1944년 9월에 가동을 시작한 B-Reactor이고, 마지막은 [citation needed]1987년 1월에 가동을 중단한 N-Reactor이다.

1952년에 건설된 사우스캐롤라이나주 에이켄사바나 리버 사이트도 U-238을 Pu-239로 변환하고 리튬-6(Y-12에서 생산)을 증압 가스의 삼중수소로 변환하는 원자로를 가동했다.원자로가 중수인 산화중수소로 감속되었기 때문에, 중수소는 부스터 가스와 Y-12가 리튬-6 중수소를 만드는 데 사용할 [citation needed]수 있도록 만들었다.

탄두 설계 안전성

저수익 핵탄두조차도 놀라운 파괴력을 가지고 있기 때문에 무기 설계자들은 항상 우발적인 [citation needed]폭발을 방지하기 위한 메커니즘과 관련 절차를 통합할 필요성을 인식해 왔다.

그린그라스 탄두의 강철구 안전장치 그림. 왼쪽, 채워짐(안전) 및 오른쪽, 비어 있음(실시간)입니다.강철 공은 비행 전에 항공기 밑의 호퍼에 비워졌고, 트롤리에 폭탄을 회전시키고 호퍼를 들어 올려 깔때기를 사용하여 다시 삽입할 수 있었다.

총형

비교적 단순한 사고를 통해 임계 질량을 형성할 수 있는 핵분열성 물질의 양과 모양을 포함하는 무기를 갖는 것은 본질적으로 위험하다.이 위험 때문에 1945년 8월 6일 이륙 직후 리틀보이(코다이트 4봉지)의 추진체가 비행 중 폭탄에 삽입되었다.총기 형태의 핵무기가 완전히 [citation needed]조립된 것은 이번이 처음이었다.

무기가 물에 빠지면 물리적인 손상을 입지 않아도 물의 온화 효과로 임계 사고가 발생할 수 있다.마찬가지로 항공기 추락으로 인한 화재는 추진체에 쉽게 점화되어 치명적인 결과를 초래할 수 있다.총기 타입의 무기는 항상 본질적으로 [citation needed]안전하지 않았다.

비행 중 피트 삽입

일반적으로 렌즈의 정확한 폭발 없이 임계 질량을 형성하기에 충분한 핵분열성 물질이 없기 때문에 이러한 영향 중 어느 것도 내폭 무기에는 적용되지 않을 수 있다.그러나 초기 폭발 무기는 임계치에 가까운 구덩이를 가지고 있어서 핵 생산량과 함께 우발적인 폭발이 [citation needed]우려되었다.

1945년 8월 9일, Fat Man은 완전히 조립된 채로 비행기에 실렸지만, 나중에 부상한 구덩이가 구덩이와 변조기 사이에 공간을 만들었을 때, 비행 중 구덩이를 삽입하는 것이 가능해졌다.폭파범은 폭탄에 핵분열성 물질 없이 이륙할 것이다.미국의 Mark 4, Mark 5와 같은 구형 폭발형 무기들은 이 [citation needed]시스템을 사용했다.

비행 중 피트 삽입은 조작자와 [citation needed]접촉하는 중공 피트에서는 작동하지 않습니다.

스틸볼 안전방법

위 그림과 같이, 우발적인 폭발 가능성을 줄이기 위해 사용된 한 가지 방법은 금속 공을 사용했다.볼을 구덩이에 비워서 중공 구덩이의 밀도를 높여 폭발을 방지하여 사고 발생 시 대칭적인 폭파를 방지하였다.이 디자인은 바이올렛 클럽과 옐로우 Mk.1 [citation needed]폭탄에 사용된 중간 메가톤 무기라고도 알려진 그린 그라스 무기에 사용되었다.

One-Point Safety Test.svg

체인 안전법

혹은, 통상의 중공의 코어가, 중성자를 흡수하기 위해서 카드뮴으로 만들어졌을 가능성이 있는 미세한 금속 체인등의 불활성 물질로 채워져 「안전」할 수 있다.체인이 피트 중앙에 있는 동안에는 피트를 핵분열하기에 적합한 형태로 압축할 수 없으며, 무기를 무장해야 할 경우 체인을 제거합니다.마찬가지로, 비록 심각한 화재가 폭발물을 폭발시키고, 구덩이를 파괴하고 플루토늄을 확산시켜 주변을 오염시킬 수 있지만, 그것은 핵폭발을 [citation needed]일으키지는 않는다.

원포인트 안전성

많은 뇌관 중 하나의 발사가 중공 구덩이를 치명적으로 만들지는 않을 것이지만, 특히 부피가 커야 할 저질량의 중공 구덩이를 만들지는 않을 것이지만, 2점 폭발 시스템의 도입은 그 가능성을 정말 [citation needed]우려하게 만들었다.

2점 시스템에서, 기폭장치 하나가 작동하면, 구덩이의 반구 전체가 설계대로 폭발하게 됩니다.다른 반구를 둘러싸고 있는 높은 폭발성 전하는 적도에서 반대 극을 향해 점진적으로 폭발할 것이다.이상적으로는, 이것은 적도를 꼬집고 튜브 안의 치약처럼 첫 번째 반구로부터 두 번째 반구를 밀어낼 것입니다.폭발이 그것을 감싸고 있을 때쯤이면, 그것의 내파는 첫 번째 반구의 내파로부터 시간과 공간 모두에서 분리될 것이다.결과적으로 발생하는 덤벨 모양은 각 끝이 서로 다른 시간에 최대 밀도에 도달하는 [citation needed]경우 중요하지 않을 수 있습니다.

불행하게도, 이것이 어떻게 진행될지 처음부터 말할 수 없다.또한 U-238의 더미 피트 및 고속 X선 카메라를 사용하는 것도 가능하지만 그러한 테스트는 도움이 된다.최종판정을 위해서는 실제 핵분열성 물질로 시험을 해야 한다.그 결과, 스완으로부터 1년 후인 1957년부터 두 연구소는 모두 원포인트 안전성 테스트를 [citation needed]시작했습니다.

1957년과 1958년에 실시된 25건의 원포인트 안전성 시험 중 7건은 0 또는 경미한 핵 수율(성공)이었고, 3건은 300t에서 500t의 높은 수율(중대 실패)이었으며, 나머지는 이들 [citation needed]극단 사이에서 허용할 수 없는 수율이었다.

특히 우려했던 것은 원포인트 테스트에서 허용할 수 없을 정도로 높은 수율을 보인 리버모어의 W47이었다.우발적인 폭발을 막기 위해 리버모어는 W47에 기계식 안전장치를 사용하기로 결정했다.그 결과,[citation needed] 다음에 설명하는 와이어 안전 스킴이 실현되었습니다.

1961년에 실험이 재개되어 30년간 계속되었을 때, 모든 탄두 설계를 기계적인 [citation needed]안전장치 없이도 본질적으로 원포인트 안전하게 만들 수 있는 충분한 시간이 있었다.

와이어의 안전 방법

1958년 모라토리엄 이전의 마지막 테스트에서 폴라리스 SLBM용 W47 탄두는 원포인트 안전성이 없는 것으로 밝혀졌으며, TNT 등가물(Hardtack II Titania) 400파운드(180kg)의 허용할 수 없을 만큼 높은 핵 수율을 보였다.테스트 모라토리엄이 시행되면서 디자인을 다듬고 본질적으로 원포인트 안전성을 확보할 수 있는 방법은 없었습니다.제조 시 무기의 구멍에 삽입된 붕소 코팅 와이어로 구성된 용액이 고안되었다.탄두는 전기 모터로 구동되는 스풀에 와이어를 당겨 장착했다.일단 인출된 와이어는 다시 [80]삽입할 수 없었습니다.와이어는 보관 중에 부서지기 쉽고, 무장 중에 끊어지거나 끼이는 경향이 있어 완전한 분리를 방해하고 [81]탄두를 쓸모없게 만들었다.탄두의 50-75%가 파괴될 것으로 추정되었다.이를 위해서는 모든 W47 [82]프라이머리의 완전한 재구축이 필요했습니다.와이어를 윤활하는 데 사용되는 오일도 [83]피트의 부식을 촉진했습니다.

강한 링크/약한 링크

강력한 연계/취약 연계 시스템에서는 "취약 연계"가 중요한 핵무기 구성요소("하드 연계") 사이에 구축된다.사고 발생 시 취약 고리는 이들 사이의 에너지 전달을 방해하는 방식으로 먼저 고장 나도록 설계되어 있습니다.그러면, 에너지를 전달하거나 방출하는 방식으로 하드링크가 고장나면, 에너지는 다른 무기 시스템으로 전달될 수 없고, 잠재적으로 핵폭발을 시작할 수 있다.하드 링크는 일반적으로 극한 환경에서 살아남기 위해 강화된 중요 무기 구성요소인 반면, 취약 링크는 취약 링크로 작용하기 위해 시스템에 의도적으로 삽입된 구성요소 및 예측 가능한 [citation needed]기능 상실을 일으킬 수 있는 중요 핵 구성요소일 수 있다.

약한 링크의 예로는 저융점 합금으로 만들어진 전기 와이어가 포함된 전기 커넥터를 들 수 있습니다.불이 나면 전기 연결이 끊어져서 [citation needed]전선이 녹아버릴 거예요

허용 액션 링크

허가적 행동 링크는 핵무기의 무단 사용을 방지하기 위해 설계된 접근통제 장치이다.초기 PAL은 단순한 전기 기계식 스위치였으며 통합된 항복 제어 옵션, 잠금 장치 및 안티탬퍼 장치를 포함하는 복잡한 무장 시스템으로 발전했습니다.

레퍼런스

메모들

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참고 문헌

외부 링크