Modüle edilmiş nötron başlatıcı - Modulated neutron initiator
Bir modüle nötron başlatıcı a, nötron kaynağı bir patlama üretebilen nötronlar aktivasyonu. Rolü, konfigürasyonun kritik olduğu en uygun anda zincirleme reaksiyonu "başlatmak" olduğu için, bazı nükleer silahların çok önemli bir parçasıdır . Aynı zamanda bir iç nötron başlatıcısı olarak da bilinir . Başlatıcı tipik olarak plütonyum çukurunun merkezine yerleştirilir ve yakınsayan şok dalgasının etkisiyle etkinleştirilir .
Bir nükleer silahın düzgün işleyişindeki kilit unsurlardan biri, fisyon zincirleme reaksiyonunun uygun zamanda başlatılmasıdır. Önemli bir nükleer verim elde etmek için, süper kritik çekirdek içinde doğru zamanda yeterli nötron bulunmalıdır. Zincir reaksiyonu çok kısa bir süre ( "başlarsa predetonation "), sonuç, sadece bir 'olacak başarısızlık verim iyi tasarım özellikleri aşağıda', çukur malzeme, bu nedenle düşük kendiliğinden nötron emisyon önemlidir. Çok geç gerçekleşirse, çekirdek genişlemeye ve daha az yoğun bir duruma ayrılmaya başlayacak, bu da verimin düşmesine (çekirdek malzemesinin daha azı fisyona uğrar) veya hiç verim olmamasına (çekirdek artık kritik bir kütle değildir) yol açacaktır. ).
İçin artırdığını fisyon silahlar , merkezi olarak yerleştirilmiş başlatıcı boyutu önemlidir ve mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Harici bir nötron kaynağının kullanılması, değişken verimler gibi daha fazla esneklik sağlar.
Tasarım
Olağan tasarım berilyum -9 ve polonyum-210'un bir kombinasyonuna dayanır, aktivasyona kadar ayrılır ve daha sonra şok dalgasıyla yakın temasa getirilir. Polonyum-208 ve aktinyum-227 de alfa kaynakları olarak kabul edildi. Gama fotonları ayrıca nötronları serbest bırakabileceğinden ve alfa parçacıkları kadar verimli bir şekilde korunamayacağından, kullanılan izotopun güçlü alfa emisyonlarına ve zayıf gama emisyonlarına sahip olması gerekir. Metallerin uygun şekilde karıştırılmasını sağlayan sistemin boyutları ve mekanik konfigürasyonu ile farklılık gösteren çeşitli varyantlar geliştirilmiştir.
kestanesi
Urchin , kritik kütle geleneksel patlayıcıların gücüyle "bir araya getirildikten" sonra, The Gadget ve Fat Man gibi en eski plütonyum atom bombalarının nükleer patlamasını tetikleyen bir nötron üreten cihaz olan dahili nötron başlatıcının kod adıydı .
İlk cihazlarda kullanılan, bombanın plütonyum çukurunun merkezinde bulunan başlatıcı , bir berilyum peleti ve ikisi arasında polonyum bulunan bir berilyum kabuğundan oluşuyordu . 0,8 cm çapındaki pelet, nikel ve ardından bir altın tabakası ile kaplanmıştır . Berilyum kabuğu 2 cm dış çapa ve 0.6 cm et kalınlığına sahipti. Bu kabuğun iç yüzeyinde 15 eş merkezli, kama şeklinde enine oluk vardı ve iç küre gibi altın ve nikel ile kaplanmıştı. Kabuğun oyuklarında ve merkezi küre üzerinde az miktarda polonyum-210 (50 curi, 11 mg) biriktirildi: altın ve nikel katmanları, berilyumu polonyum tarafından yayılan alfa parçacıklarından korumaya hizmet etti . Kestanenin tamamı yaklaşık 7 gram ağırlığındaydı ve çukurdaki 2,5 cm çapında bir iç boşluğa montaj braketlerine bağlandı.
Zaman şok dalgası plütonyum çekirdek bölünmesi itibaren gelen, bu başlatıcı ezer. Yivli kabuğa etki eden hidrodinamik kuvvetler , berilyum ve polonyumu tamamen ve neredeyse anında karıştırarak, polonyumdan gelen alfa parçacıklarının berilyum atomlarına çarpmasını sağlar. Alfa parçacık bombardımanına tepki veren berilyum atomları, her 5-10 nanosaniyede yaklaşık 1 nötron oranında nötron yayar (bkz. Berilyum#Nükleer özellikleri ). Bu nötronlar , sıkıştırılmış süperkritik plütonyumda zincirleme reaksiyonu tetikler . Polonyum tabakasının iki büyük berilyum kütlesi arasına yerleştirilmesi, şok dalgası türbülansı kötü performans gösterse bile metallerin temasını sağlar.
50 küri polonyum, yaklaşık 0,1 watt bozunma ısısı üreterek küçük küreyi fark edilir şekilde ısıttı.
Kabuğun iç yüzeyindeki oluklar , berilyum ve polonyumun hızlı ve tam karışımı için şekilli bir şarja benzer şekilde Munroe etkisiyle şok dalgasını jetler haline getirdi . Munroe etkisi lineer geometride daha az güvenilir olduğundan, sonraki tasarımlar lineer oluklar yerine konik veya piramidal iç girintilere sahip bir küre kullandı. Bazı başlatıcı tasarımları, bunun yerine içi boş olan merkezi küreyi atlar. İçi boş tasarımın avantajı, güvenilirliği korurken muhtemelen daha küçük bir boyutu yönetmektir.
Polonyumun kısa yarı ömrü (138.376 gün), raf ömürleri sadece 4 ay olduğundan, başlatıcıların sık sık değiştirilmesini ve üretimleri için sürekli polonyum tedarikini gerektirdi. Daha sonraki tasarımların raf ömrü 1 yıl kadardı.
ABD hükümeti Postum'u polonyum için bir kod adı olarak kullandı.
Nötron başlatıcısı için polonyum kullanımı 1944'te Edward Condon tarafından önerildi , ancak Nisan 1943'te verilen " Los Alamos Primer " derslerinde polonyum bir başlatıcı olarak bir olasılık olarak belirtilmişti . Başlatıcının kendisi James L. Tuck tarafından tasarlandı ve geliştirilmesi ve test edilmesi, Charles Critchfield tarafından yönetilen " Gadget " bölümünün başlatıcı grubundaki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda gerçekleştirilmiştir .
Abner
Little Boy uranyum bombası için farklı bir başlatıcı (kod adı ABNER ) kullanıldı . Tasarımı daha basitti ve daha az polonyum içeriyordu. Uranyum mermisinin hedefe çarpmasıyla aktive edildi. Tasarıma sonradan eklendi ve silahın işlevi için gerekli değildi.
TOM başlatıcı
Başlatıcının muhtemelen konik veya piramidal girintilere dayanan geliştirilmiş bir yapısı 1948'de önerildi, Los Alamos tarafından Ocak 1950'de üretime alındı ve Mayıs 1951'de test edildi. TOM tasarımı miligram başına nötron sayısı olarak daha az polonyum kullandı. polonyum, Urchin'den daha yüksekti. Dış çapı sadece 1 cm idi. Bir TOM başlatıcısının ilk canlı ateş testi, 28 Ocak 1951'de Ranger Operasyonunun Baker-1 atışı sırasında gerçekleşti . 25 Mayıs 1952'deki Fox testi sırasında Snapper Operasyonu sırasında TOM başlatıcılarının verim verilerine karşı başlatma zamanı için bir dizi kalibrasyon deneyi yapıldı.
Çiçek
1974'te Hindistan, Gülen Buda nükleer testini gerçekleştirdi . "Çiçek" kod adlı başlatıcı, Kestane ile aynı prensibe dayanıyordu. Polonyumun, yüzeyini en üst düzeye çıkarmak için lotus şeklindeki platin gazlı bez üzerinde biriktirildiğine ve gömülü berilyum topakları ile uranyum kabuğuyla çevrili bir tantal küre içine alındığına inanılıyor . Diğer kaynaklara göre, tasarım, patlama üzerine berilyum jetleri oluşturmak için şekillendirilmiş bir berilyum kabuğu ile Urchin'e daha da benziyordu. Başlatıcı dış çapı 1.5 cm veya "yaklaşık 2 cm" olarak rapor edilir.
Diğer tasarımlar
Uranyum döteryum (UD 3 ) bir nötron çarpanının yapımında kullanılabilir.
Güçlendirilmiş fisyon silahları ve harici nötron jeneratörleri kullanan silahlar , taktik ihtiyaçlara göre silahın gücünün seçilmesine izin vererek değişken verim imkanı sunar .
Gelişim
Kestane başlatıcısında kullanılan polonyum, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda oluşturuldu ve daha sonra Charles Allen Thomas'ın önderliğinde Dayton Projesi kapsamında özütlenip saflaştırıldı . Dayton Projesi içeren çeşitli sitelerden biri oldu Manhattan Projesi .
1949'da Ohio yakınlarındaki Miamisburg'daki Höyük Laboratuvarları , Dayton Projesi'nin yerine ve nükleer başlatıcı araştırma ve geliştirmenin yeni yuvası olarak açıldı . Polonyum-210, bizmutun nötron ışınlaması ile üretildi . Höyük'te polonyum üretimi ve araştırması 1971'de aşamalı olarak durduruldu.
Dayton'dan Polonyum, Los Alamos'un G Bölümü tarafından Sandia Kanyonu'ndaki bir test sahasında başlatıcı tasarım çalışmalarında kullanıldı. Başlatıcı grup, büyük türbin bilyalı yataklarında delikler açarak, aktif malzemeyi sokarak ve delikleri cıvatalarla tıkayarak test düzenekleri oluşturdu. Bu test düzenekleri vidalı bilyeler olarak biliniyordu . Test düzenekleri patladı ve kalıntıları, polonyum ve berilyumun ne kadar iyi karıştığını incelemek için incelendi.
Berilyum-polonyum TOM başlatıcılarının üretimi 1953'te sona erdi. Başlatıcılar, silah verimini biraz azaltan ancak daha uzun raf ömrü lojistiğin karmaşıklığını azaltan farklı bir tasarımla değiştirildi. 1954'ün sonlarında envantere alınan kapalı nötron başlatıcı , bakım kontrolleri için kapsülüne erişmek için hala periyodik bir demontaj gerektiriyordu. Kapsüller 1962'de tamamen kaldırıldı.
Kestane tarzı başlatıcıların yerini daha sonra, polonyum kullanmayan darbeli nötron yayıcılar gibi nötron üretmenin başka yolları aldı. Polonyum yerine 12,3 yıllık yarı ömre sahip trityum kullanıldığında, çok daha uzun bir değiştirme aralığına sahiptirler. Bunlar, çukurun dışına monte edilir ve elektrikle kontrol edilir, çünkü nötronlar, etkileşimler olmadan önemli bir kütleden kolayca geçer. Bu başlatıcılar daha kontrol edilebilirdi ve çok daha iyi silah güvenilirliği sağlıyordu.