Sơ đồ đầu đạn hạt nhân
Quả bom hạt nhân sản xuất hàng loạt đầu tiên của Mỹ - Little Man. Vỏ thân tàu được tháo ra, có thể nhìn thấy các phần tử của nòng súng với điện tích chính. Ảnh của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ
Vào những năm bốn mươi của thế kỷ XX. các nhà khoa học từ các nước hàng đầu đã phát triển các mẫu hạt nhân đầu tiên vũ khí. Tạo ra một loại đạn khả thi và sẵn sàng chiến đấu hóa ra là một nhiệm vụ khó khăn. Cần phải đưa ra và thực hiện một thiết kế đáp ứng một số yêu cầu phức tạp. Kết quả của những cuộc tìm kiếm này trong tương lai là một số kế hoạch khác nhau về vũ khí hạt nhân và một số lựa chọn của chúng. Một số người trong số họ ở lại những câu chuyện, trong khi những loại khác đã chứng minh tính hiệu quả của chúng và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay.
kế hoạch đại bác
Vũ khí hạt nhân đầu tiên được sử dụng trong một cuộc tấn công thực sự là sản phẩm của Mỹ Little Boy ("Kid"). Vào ngày 6 tháng 1945 năm XNUMX, nó được sử dụng để tấn công thành phố Hiroshima của Nhật Bản. đó là hàng không một quả bom có đầu đạn dựa trên 64 kg uranium với năng suất thực tế là 15-18 kt TNT. Để đơn giản hóa thiết kế và tăng tốc độ sản xuất, phí được xây dựng theo cái gọi là. sơ đồ pháo hoặc đạn đạo.
Điện tích của mạch pháo có thiết kế khá đơn giản. Nó được chế tạo trong một thân tàu hình ống dài - các thùng pháo đủ cỡ nòng đã được sử dụng trong khả năng này. Bên trong thân thùng, ở hai đầu của nó, hai khối uranium-235 cận tới hạn được đặt. Một trong số chúng có thể di động và được trang bị khối bột: khi khởi động hộp đạn, khối này được bắn theo đúng nghĩa đen ở lần thứ hai. Một nguồn neutron cũng có thể được cung cấp.
Sơ đồ sơ đồ bom "Kid" súng. Các khối uranium được đánh dấu màu đỏ. Đồ họa Wikimedia Commons
Khi hai khối được kết nối với nhau, điện tích uranium thu được khối lượng siêu tới hạn, dẫn đến khởi động phản ứng dây chuyền hạt nhân. Một nguồn neutron riêng biệt được cho là để tăng độ tin cậy của hoạt động. Để phát triển phản ứng và tăng sức mạnh của vụ nổ, cần phải giữ uranium lại với nhau trong một phần nghìn giây đầu tiên - nhiệm vụ này đã được giải quyết do thùng mạnh và áp suất của khí bột.
Sơ đồ pháo rất đơn giản, nhưng có những nhược điểm đáng kể. Trước hết, đó là hiệu quả thấp. Do các tính năng thiết kế, một phần đáng kể của điện tích chính trong vụ nổ đã được phun vào không gian mà không có thời gian để phản ứng. Vì vậy, tại "Baby" trong phản ứng, chỉ có khoảng. 1% uran. Ngoài ra, có nguy cơ phát nổ tự phát một sản phẩm sẵn sàng chiến đấu.
Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển lực lượng hạt nhân, sơ đồ đại bác đã được ứng dụng. Tại Hoa Kỳ, họ đã thành thạo việc sản xuất các sản phẩm Little Boy ở quy mô nhỏ và lắp ráp 35 thiết bị như vậy. Ngoài ra, các loại đạn pháo trang bị hạt nhân đời đầu cũng được chế tạo theo sơ đồ này. Với sự ra đời của những thiết kế mới và tiên tiến hơn, sơ đồ pháo đã đi vào lịch sử.
Lắp đặt sản phẩm Gadget trên tháp thử nghiệm, tháng 1945 năm XNUMX. Ảnh của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ
hiệu ứng bóp
Ngày 16 tháng 1945 năm 239 - vài tuần trước khi phát hành "Kid" - vụ thử vũ khí hạt nhân đầu tiên trên thế giới diễn ra tại bãi thử Alamogordo của Mỹ. Một khoản phí thử nghiệm với mã Gadget đã được thực hiện trên cơ sở plutonium-XNUMX và được chế tạo theo cái gọi là. kế hoạch bùng nổ. Do các đặc tính vật lý của plutonium, nó không cho phép sử dụng sơ đồ đại bác với một "bắn" một phần điện tích vào phần khác.
Sơ đồ vụ nổ đề xuất việc sử dụng một hạt nhân điện tích plutonium hình cầu có khối lượng dưới tới hạn. Bên trong nó có một khoang với nguồn neutron kim loại để bắt đầu phản ứng hạt nhân. Bên ngoài, lõi được bao phủ bởi nhiều lớp thuốc nổ "thông thường". Quả cầu thu được được trang bị một số lượng lớn các cầu chì riêng biệt, phân bố đều trên bề mặt của nó. Nó cũng yêu cầu một thiết bị điều khiển đồng thời, với độ lệch không quá mili giây, hoạt động của tất cả các cầu chì.
Sự bùng nổ đồng thời của toàn bộ điện tích thông thường sẽ nén lõi và cũng khiến phần tử trung tâm phát ra neutron. Áp suất từ vụ nổ cũng đảm bảo rằng vật liệu phân hạch được giữ lại với nhau trong những khoảnh khắc đầu tiên của phản ứng dây chuyền.
Mô hình đầu đạn nổ được sử dụng trong các vật phẩm Gadget và Fat Man. Có thể nhìn thấy nhiều dây điều khiển cầu chì. Ảnh của Wikimedia Commons
Sơ đồ vụ nổ phức tạp hơn so với súng thần công, nhưng nó được phân biệt bởi độ tin cậy và hiệu quả cao hơn. Theo sơ đồ này, quả bom plutonium Fat Man ("Fat Man"), được thả vào tháng 1945 năm XNUMX tại thành phố Nagasaki, đã được chế tạo. Sau đó ở Hoa Kỳ, các mẫu điện tích nổ mới có sức mạnh khác nhau và trong các thiết kế khác nhau đã được phát triển và giới thiệu.
Sự phát triển vũ khí hạt nhân của Liên Xô bắt đầu với sơ đồ nổ. Có được quyền truy cập thông tin về sự phát triển của Mỹ, các nhà vật lý của chúng tôi đã tính đến kinh nghiệm nước ngoài. Họ từ bỏ sơ đồ đại bác không thành công và ngay lập tức bắt tay vào phát triển các sản phẩm cho sơ đồ nổ. Các sản phẩm nội địa ban đầu, bắt đầu từ chiếc RDS-1 đầu tiên, được chế tạo chính xác theo sơ đồ này.
Các quốc gia khác, đã ở giai đoạn thử nghiệm đầu tiên với vũ khí hạt nhân, đã sử dụng chính xác sơ đồ vụ nổ. Họ cũng quản lý để đạt được sự kết hợp thành công giữa hiệu suất, độ tin cậy và độ phức tạp của sản xuất.
Bom hạt nhân RDS-4 của Liên Xô thuộc sơ đồ nổ, được đưa vào sử dụng năm 1954. Vũ khí hạt nhân chiến thuật đầu tiên trên thế giới. Ảnh của Wikimedia Commons
Tùy chọn phát triển
Sơ đồ nổ với lực nén hình cầu có những ưu điểm rõ ràng so với sơ đồ súng, nhưng không phải là không có nhược điểm. Trước hết, hiệu quả vẫn còn thấp - trong các mẫu ban đầu, không quá 13-15% phản ứng. vật liệu dễ phân hạch. Do đó, việc tìm kiếm các ý tưởng và giải pháp mới vẫn tiếp tục, và một số kế hoạch mới đã được triển khai trong thực tế. Trọng tâm chính là cải thiện độ tin cậy và an toàn của các thiết bị hạt nhân.
Vào cuối những năm bốn mươi, ý tưởng về cái gọi là. máy tăng áp hạt nhân. Sau đó, những ý tưởng tương tự đã được nghiên cứu ở các nước khác. Sơ đồ như vậy nói chung tương tự như sơ đồ nổ, nhưng nó sử dụng một lượng nhỏ nhiên liệu nhiệt hạch - deuterium, tritium hoặc các hợp chất của chúng - làm nguồn neutron. Khi bị nén, chất này tạo ra neutron với năng lượng tăng lên, giúp bắt đầu phản ứng dây chuyền trong điện tích chính hiệu quả hơn. Điều này làm tăng hiệu quả của việc sạc và cùng với đó là sức mạnh có thể đạt được. Ngoài ra, bằng cách đặt nguồn neutron vào điện ngay trước khi sử dụng, có thể tăng độ an toàn khi vận hành.
Vào những năm XNUMX, một kế hoạch đã xuất hiện, được gọi là Swan (tiếng Anh là "Swan"). Nó nhận được cái tên này vì mặt cắt ngang của cụm đầu đạn gợi nhớ đến chiếc cổ cong của thiên nga. Sản phẩm của sơ đồ như vậy có điện tích hình cầu có khối lượng dưới tới hạn và điện tích ban đầu của chất nổ thông thường, chịu trách nhiệm nén, có hình dạng cong phức tạp. Điện tích chính được đặt lệch với mép của lớp vỏ như vậy.
Nhà lãnh đạo Triều Tiên Kim Jong-un thị sát mô hình đầu đạn hạt nhân. Đánh giá theo hình dạng, đây là một sản phẩm kiểu nổ. Ảnh chụp bởi CTAC
Làm suy yếu phí "bình thường" được thực hiện bằng một cầu chì duy nhất, giúp đơn giản hóa thiết kế và loại bỏ nhu cầu đồng bộ hóa một số thiết bị tương tự. Trong trường hợp này, hình dạng của điện tích ban đầu dẫn và phân phối sóng xung kích sao cho quá trình nén quả cầu plutonium diễn ra theo cách tối ưu. Điện tích của một mạch như vậy có thể được trang bị các cầu chì bổ sung: khi được kích hoạt, chúng sẽ phá vỡ sự truyền sóng xung kích và ngăn phản ứng dây chuyền bắt đầu.
Công nghệ mới về cơ bản
Vào những năm bốn mươi và năm mươi, các nhà khoa học từ các quốc gia hàng đầu đã phát triển một số sơ đồ điện tích hạt nhân cơ bản, cũng như một số phiên bản của chúng với nhiều sửa đổi khác nhau. Trên cơ sở những ý tưởng này, một loại đạn thật đã được tạo ra, loại đạn này sau đó đã được đưa vào sử dụng. Tuy nhiên, đến giữa những năm XNUMX, quá trình phát triển cơ bản và đổi mới vũ khí hạt nhân trên cơ sở phân rã đã đạt được kết quả tối đa có thể vào thời điểm đó và bắt đầu chậm lại.
Đồng thời, công việc toàn diện bắt đầu nhằm tạo ra một thế hệ vũ khí siêu mạnh mới - điện tích nhiệt hạch dựa trên sự tổng hợp của các nguyên tố. Theo thời gian, tất cả những nỗ lực của các nhà khoa học và kỹ sư đã được ném chính xác vào hướng nhiệt hạch. Các điện tích hạt nhân "thông thường" hiện chỉ được coi là giai đoạn đầu tiên của hệ thống nhiệt hạch.
Mặt cắt của loại đạn Swan. Lõi plutonium được đánh dấu màu xanh lục, cầu chì duy nhất chịu trách nhiệm kích hoạt được đánh dấu màu đỏ. Đồ họa Wikimedia Commons
Bất chấp sự thay đổi trong các mục tiêu chung, việc phát triển các thiết bị hạt nhân "thông thường" vẫn tiếp tục, mặc dù đã không đưa ra các giải pháp và ý tưởng mới về cơ bản. Theo dữ liệu đã biết, các biến thể khác nhau của sơ đồ nổ chủ yếu được sử dụng, đáp ứng yêu cầu của các dự án cụ thể. Cách tiếp cận này vẫn có thể được duy trì - nó hoàn toàn phù hợp với các nhiệm vụ được đặt ra và cho phép bạn tạo các mẫu có các đặc điểm cần thiết.
Trên nền tảng vững chắc
Vũ khí hạt nhân xuất hiện và kết thúc trong kho vũ khí của các quốc gia hàng đầu vào giữa thế kỷ trước. Đồng thời, các nhà khoa học và nhà thiết kế đang tìm kiếm và đưa ra các phương án thiết kế khác nhau cho những loại vũ khí như vậy, giúp nó có thể tăng tất cả các đặc điểm chính. Quá trình này đã thành công rực rỡ - ngay trong những năm đầu tiên làm việc, tất cả các sơ đồ và bố cục chính đã được tìm thấy và triển khai.
Những ý tưởng của giữa thế kỷ trước dưới hình thức này hay hình thức khác vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Đồng thời, sự phát triển của các công nghệ và vật liệu đã diễn ra trong những thập kỷ gần đây cho phép sử dụng đầy đủ hơn tiềm năng của các kế hoạch được đề xuất từ lâu. Kết quả là, những phát triển khá cũ vẫn đang giúp xây dựng và cải thiện lá chắn hạt nhân cũng như cung cấp khả năng răn đe chiến lược.
tin tức