Modulert nøytroninitiator - Modulated neutron initiator

En modulert nøytroninitiator er en nøytronkilde som er i stand til å produsere et utbrudd av nøytroner ved aktivering. Det er en avgjørende del av noen atomvåpen , ettersom rollen er å "starte" kjedereaksjonen i det optimale øyeblikket når konfigurasjonen er hurtigkritisk . Det er også kjent som en intern nøytroninitiator . Initiatoren er vanligvis plassert i midten av plutoniumgropen , og aktiveres ved påvirkning av den konvergerende sjokkbølgen .

Et av de viktigste elementene i riktig drift av et atomvåpen er igangsetting av fisjonskjedereaksjonen på riktig tidspunkt. For å oppnå et betydelig atomutbytte må tilstrekkelige nøytroner være tilstede i den superkritiske kjernen til rett tid. Hvis kjedet reaksjonen starter for tidlig ( " predetonation "), vil resultatet bare være en ' blåse ut utbytte ', godt under det beregnede beskrivelse vil derfor lav spontan emisjon nøytron av gropen materialet er avgjørende. Hvis det skjer for sent, vil kjernen ha begynt å ekspandere og demontere til en mindre tett tilstand, noe som fører til et lavere utbytte (mindre av kjernematerialet gjennomgår fisjon) eller ikke noe utbytte i det hele tatt (kjernen er ikke lenger en kritisk masse ).

For forsterkede fisjonvåpen er størrelsen på den sentralt plasserte initiatoren kritisk og må være så liten som mulig. Bruken av en ekstern nøytronkilde gir større fleksibilitet, for eksempel variabel avkastning.

Design

Den vanlige designen er basert på en kombinasjon av beryllium -9 og polonium -210 , atskilt til aktivering, deretter plassert i intim kontakt av sjokkbølgen. Polonium-208 og actinium-227 ble også betraktet som alfakilder. Isotopen som brukes må ha sterke alfa -utslipp og svake gamma -utslipp, ettersom gammafotoner også kan slå nøytroner løs og ikke kan beskyttes så effektivt som alfapartikler. Flere varianter ble utviklet, med forskjellige dimensjoner og mekanisk konfigurasjon av systemet som sikrer riktig blanding av metallene.

Urchin

Urchin var kodenavnet for den interne nøytroninitiatoren, en nøytrongenererende enhet som utløste kjernefysisk detonasjon av de tidligste plutonium -atombombene som The Gadget and Fat Man , når den kritiske massen var blitt "samlet" med kraften av konvensjonelle eksplosiver.

Initiativtakeren som ble brukt i de tidlige enhetene, plassert i midten av bombens plutoniumgrop , besto av en berylliumpellet og et berylliumskall med polonium mellom de to. Pelleten, 0,8 cm i diameter, ble belagt med nikkel og deretter et lag med gull . Berylliumskallet var av 2 cm ytre diameter med veggtykkelse på 0,6 cm. Den indre overflaten av skallet hadde 15 konsentriske, kileformede breddeformede spor og var, i likhet med den indre sfæren, belagt med gull og nikkel. En liten mengde polonium-210 (50 kurier, 11 mg) ble avsatt i sporene på skallet og på den sentrale sfæren: lagene av gull og nikkel tjente til å beskytte berylliumet mot alfapartikler som polonium slipper ut. Hele kråkebollen veide ca 7 gram og ble festet til festebraketter i et 2,5 cm diameter indre hulrom i gropen.

Når sjokkbølgen fra implosjonen av plutoniumkjernen kommer, knuser den initiatoren. Hydrodynamiske krefter som virker på det rillede skallet grundig og praktisk talt umiddelbart blander beryllium og polonium, slik at alfapartiklene fra poloniet kan påvirke berylliumatomene. Ved å reagere på alfapartikkelbombardement, avgir berylliumatomene nøytroner med en hastighet på omtrent 1 nøytron hvert 5. - 10. nanosekund (se Beryllium#Nuclear properties ). Disse nøytronene utløser kjedereaksjonen i det komprimerte superkritiske plutoniet. Plassering av poloniumlaget mellom to store masser av beryllium sikrer kontakt med metallene selv om sjokkbølgeturbulensen utfører dårlig.

De 50 curies av polonium genererte omtrent 0,1 watt forfallsvarme , og merket den lille sfæren merkbart.

Sporene i den indre overflaten av skallet formet sjokkbølgen til jetfly av Munroe -effekten , lik en formet ladning , for rask og grundig blanding av beryllium og polonium. Siden Munroe -effekten er mindre pålitelig i lineær geometri, brukte senere design en sfære med koniske eller pyramidale indre fordypninger i stedet for lineære spor. Noen initiatordesign utelater den sentrale sfæren, og er i stedet hul. Fordelen med en hul design er muligens å håndtere en mindre størrelse mens du beholder påliteligheten.

Den korte halveringstiden til polonium (138,376 dager) krevde hyppig utskifting av initiatorer og en fortsatt tilførsel av polonium for produksjonen, ettersom holdbarheten bare var omtrent 4 måneder. Senere design hadde holdbarhet så lenge som 1 år.

Den amerikanske regjeringen brukte Postum som et kodenavn for polonium.

Bruk av polonium til nøytroninitiatoren ble foreslått i 1944 av Edward Condon , selv om polonium som initiativtaker ble nevnt som en mulighet i " Los Alamos Primer " -foredragene holdt i april 1943. Initiativtakeren selv ble designet av James L. Tuck , og utviklingen og testingen ble utført ved Los Alamos National Laboratory i " Gadget " -avdelingens initiativtakergruppe ledet av Charles Critchfield .

Abner

En annen initiativtaker (kodenavn ABNER ) ble brukt til Little Boy -uranbomben. Designet var enklere og det inneholdt mindre polonium. Det ble aktivert av påvirkningen av uranprosjektilet til målet. Det ble lagt til designet som en ettertanke og var ikke avgjørende for våpenets funksjon.

TOM -initiativtaker

En forbedret konstruksjon av initiatoren, sannsynligvis basert på koniske eller pyramidale fordypninger, ble foreslått i 1948, satt i produksjon av Los Alamos i januar 1950 og testet i mai 1951. TOM -designet brukte mindre polonium, som antall nøytroner per milligram av polonium var høyere enn av Urchin. Den ytre diameteren var bare 1 cm. Den første levende branntesten av en TOM-initiativtaker skjedde 28. januar 1951 under Baker-1-skuddet av Operation Ranger . En serie kalibreringseksperimenter for initieringstid vs avkastningsdata for TOM -initiativtakerne ble utført under Operation Snapper , under Fox -testen 25. mai 1952.

Blomst

I 1974 utførte India atomprøven Smiling Buddha . Initiativtakeren, kodenavnet "Flower", var basert på det samme prinsippet som Urchin. Det antas at polonium ble avsatt på Lotus -formet platina gasbind for å maksimalisere dens overflate og innkapslet i et tantal sfære omgitt av uran skall med innlagte beryllium pellets. Ifølge andre kilder var designet enda mer likt Urchin, med et berylliumskall formet for å lage berylliumstråler ved implosjon. Initiatorens ytre diameter er rapportert som 1,5 cm, eller "ca. 2 cm".

Andre design

Uran deuteride (UD 3 ) kan brukes til konstruksjon av en nøytronmultiplikator.

Forbedrede fisjonvåpen og våpen ved bruk av eksterne nøytrongeneratorer gir mulighet for variabel avkastning , slik at valg av våpenets kraft avhenger av de taktiske behovene.

Utvikling

Poloniet som ble brukt i urchin -initiatoren ble opprettet ved Oak Ridge National Laboratory og deretter ekstrahert og renset som en del av Dayton -prosjektet under ledelse av Charles Allen Thomas . Den Dayton-prosjektet var en av de ulike områdene som utgjør Manhattan Project .

I 1949 åpnet Mound Laboratories i nærliggende Miamisburg, Ohio som en erstatning for Dayton -prosjektet og det nye hjemmet til forskning og utvikling av atominitiativtagere. Polonium-210 ble produsert ved nøytronbestråling av vismut . Produksjon og forskning av polonium på Mound ble avviklet i 1971.

Polonium fra Dayton ble brukt av G -divisjonen i Los Alamos i initiatordesignstudier på et teststed i Sandia Canyon. Initiativtakergruppen bygde testaggregater ved å bore hull i store turbinkulelager, sette inn det aktive materialet og plugge hullene med bolter. Disse testaggregatene ble kjent som skruekuler . Testenhetene ble implodert og restene studert for å undersøke hvor godt polonium og beryllium blandet seg.

W76 nøytronrør

Produksjonen av beryllium-polonium TOM-initiativtakerne ble avsluttet i 1953. Initiativtakerne ble erstattet med en annen design, noe som reduserte våpenutbyttet litt, men den lengre holdbarheten reduserte logistikkens kompleksitet. Den forseglede nøytroninitiatoren , som ble brakt til inventar i slutten av 1954, krevde fortsatt en periodisk demontering for å få tilgang til kapslen for vedlikeholdskontroller. Kapslene ble faset helt ut i 1962.

Urchin -stilinitiatorer ble senere erstattet av andre måter å generere nøytroner på, for eksempel pulserende nøytronemittere som ikke bruker polonium. Ved å bruke tritium med en halveringstid på 12,3 år i stedet for polonium, har de et mye lengre erstatningsintervall. Disse er montert utenfor gropen og elektrisk kontrollert, siden nøytroner lett passerer gjennom betydelig masse uten interaksjoner. Disse initiativtakerne var mer kontrollerbare og muliggjorde mye bedre våpensikkerhet.

Se også

Referanser