Мой кое-как о-литературеный (первоисточник просто ужасно написан! Похоже действительно кто-то из Калифорнии писал... Знаю я этот жуткий стиль. Поэтому "исправлено и дополнено", звыняйте если что, художник видит так!
) перевод
Uranium hydride bomb - Wikipedia
*********
Гидрид-урановая бомба (или "скрестить ужа с ежом!")
Гидрид-урановая бомба - вариант (как считается, тупиковый) конструкции атомной бомбы, впервые предложенный Робертом Оппенгеймером еще в 1939-м году. В последствии эта концептуальная идея неоднократно откланялась, но все же продолжала отстаиваться и была таки проверена Эдвардом Тэллером эксперементально. Он использовал дейтерий, изотоп водорода, в качестве замедлителя нейтронов в смеси дейтерида урана с дейтерированным полиэтиленом, который зарядил в ядро имплозивной сборки. В отличие от всех других типов подобных устройств, основанных на делении быстрыми нейтронами, данная концепция базируется на идеи цепной реакции деления замедленными нейтронами (см. "температура нейтронов"), хотя с самого начала общепризнано что эффект замедления ("охлаждения") нейтронов отрицательно сказывается в бомбе, так как он слишком сильно растягивает реакцию по времени, что и было описано Робертом Сербером в его приложенииях к Лос-Амамоском Букварю в 1992-г.
Термин "гидрид" для данного типа оружия вызывает ряд ошибочных толкований в широкой литературе. Хотя "гидрид" предполагает, что речь идет о водороде, в ядре испытанных зарядов использовался исключительно изотоп водорода - дейтерий. Это подобно тому, как и в приложении к термину "водородная бомба" на самом деле подразумевается не водород, а его изотопы: дейтерий и тритий.
Нам известно, что два устройства, работающие на гидриде урана, были испытаны в ходе ядерных испытаний "Рут" (Ruth) и "Рей" (Ray) во время операции "Апшот-Нотхол" (Upshot-Knothole). Оба взрыва дали энергетический выход, сопоставимый с 200 тоннами тротилового эквивалента каждый, и оба считались провальными. Насколько известно, с тех пор все остальные программы ядерного оружия продолжали опираться в своих конструкциях на первоначально хорошо зарекомендовавшую себя идею быстрых нейтронов.
Изуродованная тестовая вышка после испытательного взрыва Рут. Взрыв на вершине не смог уничтожить башню, лишь заметно повредив ее.
Теория (или "славный парень, но неудачник!")
На ранних стадиях развития Манхэттенского проекта в 1943-м году в качестве перспективного материала для бомбы исследовался и дейтерид урана (как и все иные материалы тогда, в целях секретности он кодировался и назывался "мантикорий"). Однако эта идея к началу 1944-го года была оставлена в стороне как неудачная, поскольку было признано, что такой дизайн будет неэффективным.
Дизайн, родился из "автокаталитической" концепции и в ходе исследования развился в концепцию под названием "Элмер" (Elmer). Но его дальнейшее развитие было прекращено вместе с остановкой разработки устройства Марк-II, которое предполагало радиальную имплозию. В данном первоначальном дизайне дейтерид урана покрывался парафином (для снижения пирофорности UD3), а вольфрам бора-10 ( B4O) должен был равномерно распределяться как пустотелые шарики по всему твердому телу пита (Добавление бора-10 считалось по началу полезным но эта идея ушла вместе с более ранней и громоздкой схемой "борных пузырей", подробней к Роберу Серберу и его "Букварю"). Так же известно, что тогда же рассматривали возможность включит в состав заряда свинец и карбид бора (В4С). В одном из рассматриваемых тогда вариантов предполагалось около 10.5 кг делящегося материала (то есть UD3), в другом 8.45 кг того же UD3, а так же предусматриваля для него тампер-отражатель из оксида бериллия (BeO).
Тяжелый водород (дейтерий) в дейтериде урана (UD3) или дейтериде плутония (PuD3) замедляет нейтроны, тем самым, увеличивая ядерное сечение поглощения нейтронов ядерным горючим. Результатом этого должно было стать снижение критической массы, что привело бы к уменьшению количество чистого U235 или Pu239 в одном заряде. В плюс к этому из-за модерирующего эффекта дейтерия (сжимаемость дейтерида урана выше, чем у металлического урана) требования к механизму имплозии (как показывала теория) тоже несколько смягчались, что позволило бы разместить дополнительную композитную массу заряда в ядре. Еще один плюс - это позволяло использовать узел с радиальной имплозией, который намного проще было создать и он был бы компактней, чем тот, который проектировался для Мк-3 ("Гаджета"). В действительности же, общим результатом такого подхода оказывалось то, что замедленные нейтроны слишком сильно растягивали время протекания цепного процесса и снижали общий взрывной выход энергии за счет экспоненциального уменьшения числа осуществленных актов деления. Особенно сильно замедление влияло на конечной стадии расширения ядра, когда то уже стремилось к свой границе критичности (где все ядерные процессы затухали). Получалось, что большая часть нейтронов в этом случае могла покинуть турболизированную критическую поверхность ядра до того, как выделится достаточная для полноценного взрыва энергия. В целом, получалось, что замедление нейтронов резко сокращает эффективность заряда к моменту, когда инерционное удержание перестает работать. Было очевидно, что, в конечном счете, результатом такого дизайна будет "шипучка" (fizzle), а не полноценная детонация устройства. Но, не смотря на всю эту логику, вопрос оставался не закрытым. Если бы ядро все же сработало так, как оптимистично ожидалось, то прогнозируемый выход энергии составлял бы около 1 кт ТНТ (4.2 ТДж). Ведь предварительная грубая оценка работы гидридной бомбы появилась уже в 1944-м году, и тогда Джеймс Конант (James Conant) предсказал, что 1 кт энергии может быть извлечена из примерно 9 кг UD3.
После войны физики Лос-Аламоса еще продолжали исследование этого вопрос, но с низким приоритетом, однако моделирование методом Монте-Карло в декабре 1949 года показало, что подобное ядро с замедлителем в принципе может сработать, и это ведет к созданию оружия, которое окажется значительно компактней, чем только создаваемый тогда дизайн Марк-5 (Mk-5). Однако опять возник сильный скепсис, поскольку изначально низкая эффективность использования топлива (процент выгорания) в этом дизайне не улучшалась даже в теоретической перспективе. Это не получалось ни после того, когда будет доведен до совершенства дизайн с полым сердечником ("левитирующее ядро"), ни после проверки перспективного тогда еще бустирования. Поэтому предполагаемое испытание подобного композитного ядра на взрывобезопасность в устройстве Марк-4 (Mk-4) было в конечном итоге исключено из графика операции "Парник" (Greenhouse) 1951-й год.
Карикатура Георгия Гамова, изображающая Марк-2 "Элмер" и заряд Mk-8 "Элиз". На фоне "дамы", "славный малый" Марк-2 выглядит неуклюжим неумехой.
Испытания от Ливермора (или бомбы от "чайников")
Не смотря на весь скептецизм специалистов Лос-Аламоса, Эдвард Тэллер по-прежнему интересовался данной концепцией. Он и Эрнест Лоуренс возобновили исследование подобного рода устройств в начале 1950-х годов в UCRL (Лаборатория радиационных исследований в Калифорнии, в последствии "Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса"). Оптимизм только-только созданной лаборатории побудил ливерморцев даже предложить новый класс "малого оружия", которое будет использовать подобный материал, называя его "Геод" (Geode). Устройства типа "геод" изначально предполагали использовать компактную линейную (двухточечную) имплозию с газовым бустированием в пустотелом сфероидальном ядре из металлического урана или представляли собой частично ("слегка") разбавленное замедлителем ядро, где металлическая урановая или плутониевая оболочка была изнутри облицована UD3 (отсюда, "геодезическое" название, такой дизайн обычно состоит из сферической полости, выложенной внутри плиткой). Подобная конструкция, как предполагалась, должны была выдавать на выходе порядка 10 кт взрывной мощности. Сферой применения такого класса устройств должно было стать тактическое ядерное оружие, а так же предполагалось использовать подобные механизмы как триггеры для компактных термоядерных зарядов. "Геоды", по сути, были предшественниками схемы "Лебедь" (Swan) и дальнейших производных от него ("Swift" и "Swallow").
В результате были подготовлены два тестовых устройства, которые были выставлены на испытания в рамках операции "Апшот-Нотхол" (Upshot-Knothole) в 1953-м году. Основной целью данного исследования радиационной лаборатории университета Калифорнии было заявлено как "проведение исследования ядра из сферического дейтерированного полиэтилена содержащего дейтерид урана" в качестве (как заявлялось) кандидата термоядерного топлива для "Радиатора" (Radiator), ранней версии устройства, в последствии воплощенной в дизайн "Моргенштерн" (Morgenstern). Тогда предполагалось, что в будущем подобным образом "запасенный" сухой дейтерий будет сливаться в гелий (станет активной средой) во вторичной ступени, если та будет сжат соответствующим образом посредством радиационной имплозии. Тип исследуемого топлива тогда выбирался так, чтобы термоядерная программа UCRL не конкурировала с подобной программой LASL (Лос-Аламоса) за дефицитные в то время материалы, в частности за литий (Идея проверки подходящего дешевого термоядерного топлива в то время в Ливерморе предполагалась в устройстве "Водонагреватель" (Water Boiler) простом двухступенчатом термоядерном устройстве и в раннем дизайне "Радиатор", где собирались использовать тяжеловодные растворы уранилфторида. Все эти исследования, по существу, были проведены еще в Лос-Аламосе в 1952-м, а на новом месте только были продолжены по инициативе Теллера, который незадолго до того уехал из Лос-Аламоса на новое место работы ).
В случае успеха эксперемента данные типы устройств вели к созданию компактного первичного триггера, содержащего минимальное количество делящегося материала, но достаточно мощного, чтобы поджечь вторичку в "Рамрод" (Ramrod), прототипе другого ядерного устройства Марк-22 разрабатываемого в ливерморе в то время.
Специально надо отметить. В гидридном ядре первичного устройства степень сжатия не должна была приводить к зажиганию дейтерия, поэтому конструкция, по замыслу, была не бустированным устройством исключительно на делении. Сами же конкретные устройства, испытываемые в ходе "Апшот-Нотхол" были так же чисто экспериментальными системами и не предполагались ни как прототип боевого оружия, ни как триггер в термоядерном заряде. Их ядро состояло из смеси дейтерида урана (UD3) в виде порошка, соединенного прессованием с дейтерированным полиэтиленом. Бор не использовался. Сборка, предложенная для второго теста "Рей," в добавление ко всему должна была проверить и на пригодность в таком режиме и уран с низким обогащением по U235. Еще раз. В обоих тестах дейтерий работал исключительно как замедлитель нейтронов. Предсказанный расчетами выход должен был составить для Рут от 1.5 до 3 кт (максимальный потенциал 20 кт), а для "Рэя" 0.5-1 кт. В итоге взрывы выдали по 200 тонн тротилового эквивалента каждый и испытания считались неудачными.
"Рут", где в твердотельном сферическом ядре использовался высокообогащенный уран с темпером из естественного урана, был первым тестируемым устройством. Этот эксперимент почти всецело задуман и рассчитан в Ливерморе. Устройство взорвано 31 марта 1953 года уторм, в 5 часов местного времени на полигоне Меркури, штат Невада. Данное взрывное устройство, названное "Гидрит-1" (Hydride I) использовало сборку ТХ-13D HE, имплозивная схема которая содержала линзы из компаунда-В и баратора. Для запуска деления в нужный момент применялся бетатрон XMC-305, вызвавший первичный импульс инициирующих нейтронов посредством фотоделения. Общая масса устройства составила 7400 фунтов (3400 кг) и оно имело 56 дюймов (140 см ) в диаметре и 66 дюймов (170 см) в длину. Сам физический пакет весил 6750( 2060 кг). Не оправдав ожидаемый прогноз в 1.5-3 кт, устройство на самом деле выдало всего 200 тонн. Уолли Декер (Wally Decker), молодой инженер лаборатории, характеризовал услышанный им при взрыве звук как некий "поп!" Устройство даже не смогло "саморассекретить" место своего испытания. Нижние 100 футов (30 метров) испытательной вышки (общей высотой в 300 футов то есть 91 метр) на вершине которой было подорвано устройство, остались нетронутыми, средняя треть конструкции была рассеяна по испытательной площадке и только верхняя треть испарилась.
Второе устройство "Рэй" использовало в твердом сферическом ядре дейтерид урана низкого обогащения. Оно было названо "Гидрид-II" и использовало такую же сборку TX-13D HE и такой же инициатор-бетатрон XMC-305, который инициировал заряд в тот же момент, что и в первый раз. Являясь близнецом устройства "Гидрид-1" этот заряд имел только иной состав пита (ядра) но размеры и вес были такими же, как у "Рут". Прогнозируемая мощность была 0.5-1 кт и высоту тестовой вышки снизили. На этот раз устройство было взорвано на вершине 100 футовой (30 метров) испытательной башни. Это случилось 11 апреля 1953-го года за полдень в 12:45. Хотя взрыв "Рэй" на этот раз "сравнял с землей" всю вышку, его урожай все же был скудным, те же 200 тонн ТНТ, в отличие от прогнозированного нижнего предела в пол килотонны ТНТ.
Однако, сотрудник UCRL Герберт Йорк (Herbert York) высказал утверждение, что не рассматривает это испытание как провальное т.к. оно оказалось слабее прогнозируемой величины "только с делителем три".