Кіріспе

Радиациялық имплозия – жоғары деңгейдегі электромагниттік сәулеленуді пайдалану арқылы нысананы қысу. Бұл технологияның негізгі қолданылуы термоядролық бомбалар және инерциялық шектеу термоядролық зерттеулерде.

Тарих

Радиациялық имплозияны алғаш рет АҚШ-та Клаус Фукс пен Джон фон Нейман "Классикалық супер" сутекті бомбаның бастапқы жобасы бойынша жұмыс істеген кезде жасады. Олардың жұмысы 1946 жылы құпия патентке әкелді, ал кейіннен Фукс оны ядролық тыңшылықтың бір бөлігі ретінде КСРО-ға тапсырды. Дегенмен, олардың схемасы соңғы сутекті бомба жобасынан өзгеше болды, және американдық, сондай-ақ советтік бағдарламалар оны сутекті бомбаны жасауда тікелей пайдалана алмады (оның құндылығы кейін ғана анықталды). Фукс-фон Нейман схемасының өңделген нұсқасы "Жылыжай" операциясының "Жорж" сынағына енгізілді. 1951 жылы Станислав Улам мегатондық қуатты, екі сатылы жарылыс бомбаларын жасау үшін бөлінуге қабілетті материалды өте жоғары тығыздыққа қысу үшін ядролық қарудың гидродинамикалық соққысын пайдалану туралы идея келтірді. Ол содан кейін бұл тәсіл термоядролық реакцияны іске қосу үшін пайдалы болуы мүмкін екенін түсінді. Ол бұл идеяны Эдвард Теллерге ұсынды, ол сәулелену арқылы қысудың механикалық соққыдан жылдам және тиімді болатынын түсінді. Бұл идеялардың үйлесімі, сондай-ақ синтездік отынның ішіне орналасқан "жарылыс ошағы" Теллер-Улам сутекті бомбасының жобасы ретінде танылды.

Бөлінуші бомбаның сәулелену көзі

Жарылыс кезінде бомба бөлінетін энергияның көп бөлігі рентген сәулелері түрінде болады. Спектрі шамамен 50,000,000 Кельвин температурадағы қара дененің спектріне ұқсас (күн ядросының температурасынан үш еседен астам). Амплитуданы бір микросекунд көтерілу уақыты, бір микросекунд тұрақтанған кезең және бір микросекунд құлау уақыты бар трапеция тәрізді импульс ретінде модельдеуге болады. 30 килотонналық ядролық бомба үшін рентген сәулелерінің жалпы шығыны 100 тераджоульге жетеді (жалпы қуатының 70% астамы).

Сәулелену тасымалы

Теллер-Улам бомбасында жарылысқа қатысатын нысан "екіншілік" деп аталады. Оның құрамында литий деутериді сияқты қосылу материалы бар, ал сыртқы қабаттары – қорғасын немесе уран-238 сияқты рентген сәулелеріне өткір емес материалдан жасалған. Рентген сәулелерін бастапқы, яғни бөліну бомбасының бетінен екіншіліктің бетіне жеткізу үшін "рентген сәулелерін шағылыстыратын" жүйе қолданылады. Шағылыстырғыш әдетте уран сияқты материалдан жасалған цилиндр болып келеді. Бастапқы цилиндрдің бір шетінде, ал екіншілік – екінші шетінде орналасқан. Цилиндрдің ішкі кеңістігі көбінесе полистирол сияқты рентген сәулелеріне мөлдір келетін көбікпен толтырылады. "Шағылыстырғыш" термині шатастырады, себебі ол құрылғы айна сияқты жұмыс істейді деген ой тудырады. Рентген сәулелерінің бір бөлігі таралып немесе шашырап кетеді, бірақ энергияның көп бөлігі екі сатылы процесс арқылы беріледі: рентген сәулелерін шағылыстыратын цилиндр бастапқыдан келетін сәуле ағынымен қыздырылады, содан кейін ол екіншілікке қарай бағытталатын рентген сәулелерін шығарады. Шағылыстыру процесінің тиімділігін арттыру үшін түрлі құпия әдістер қолданылады. Қытай деректерінің бірінде қытай ғалымдарының радиациялық жарылысқа қол жеткізу үшін басқа тәсіл қолданғаны көрсетілген. Осы деректерге сәйкес, алғашқы қытайлық сутегі бомбасын жасау кезінде энергияны бастапқыдан екіншілікке беру үшін шағылыстырғыш емес, рентгендік линза пайдаланылды.

Ядролық қарудың имплозия процесі

"Радиациялық имплозия" термині екінші буынның радиациялық қысыммен қысылуын білдіреді, бірақ есептеулер көрсеткендей, бұл қысым өте жоғары болғанымен, радиациядан булаған материалдардың қысымы одан да зор. Екінші буынның сыртқы қабаттары қатты қызғандықтан буланып, бетінен жоғары жылдамдықпен ұшып кетеді. Осы беткі қабаттың ұшырылуынан туындайтын қарсы әрекет қысымы, қарапайым радиациялық қысымнан бірнеше есе күшті болады. Сондықтан термоядролық қарудағы "радиациялық имплозия" радиациямен қозғалатын абразиялық жетектемелі имплозия болып саналады.

Лазерлік сәулелену имплозиясы

Үлкен лазерлерді аз мөлшердегі термоядролық материалды тұтандыру үшін пайдалануға көп қызығушылық танылды. Бұл процесс инерциялық шектеу термоядыры (ICF) деп аталады. Осы зерттеулердің бір бөлігі ретінде, радиациялық имплозия технологиясы туралы көптеген мәліметтер құпиясы ашылды. Оптикалық лазерлерді қолданғанда, "тікелей жетегіш" және "тікелей емес жетегіш" жүйелері арасында ерекшелік жасалады. Тікелей жетегіш жүйесінде лазер сәулесі немесе сәулелер тікелей нысанаға бағытталады, ал лазер жүйесінің өсу уақыты қандай қысым профиліне қол жеткізілетінін анықтайды. Тікелей емес жетегіш жүйесінде нысана селен сияқты аралық Z материалынан жасалған қабықшамен (хольраум деп аталады) қоршалған. Лазер бұл қабықшаны рентген сәулелерін шығаратындай температураға дейін қыздырады, ал бұл рентген сәулелері термоядролық нысанаға жеткізіледі. Тікелей емес жетегіштің бірнеше артықшылықтары бар, оның ішінде сәулелену спектрін жақсырақ бақылау, жүйенің кішірек көлемі (екіншілік сәулеленудің толқын ұзындығы көбінесе жетекші лазерден 100 есе кіші) және қысым профилін дәлірек бақылау мүмкіндігі.