Кіріспе

Ядролық қару жарылысында босатылған энергия

Ядролық қарудың жарылғыш қуаты – ядролық қару жарылған кезде жарылыс, жылу және ядролық сәулелену сияқты босатылатын энергия мөлшері. Бұл көрсеткіш әдетте ТНТ эквивалентімен (тринитротолуеннің стандартталған массасы, жарылғанда сол энергияны бөліп шығарады) өлшенеді, килотонналарда (кт – ТНТ-нің мың тоннасы), мегатонналарда (Мт – ТНТ-нің миллион тоннасы) немесе кейде тераджоульдерде (ТДж) беріледі. Бір тераджоульдік жарылғыш қуатқа тең, себебі ТНТ-нің энергиясын өлшеу әрқашан қиындық тудырғандықтан, қабылданған анықтама бойынша бір килотонна ТНТ 1012 калорияға тең. Жарылғыш қуаттың массаға қатынасы – қарудың массасына шаққандағы жарылғыш қуаты. Термоядролық қарулар үшін (термоядролық қарулар) массаға шаққандағы ең жоғары тиімділік бомба массасының тоннасына шаққанда алты мегатонна ТНТ (25 ТДж/кг) деп бағаланған. 1960 жылдардың басында бір соққыға арналған ірі қаруларда 5,2 мегатонна/тонна және одан да жоғары көрсеткіштер тіркелген. Содан бері, көп соққылы жүйелердің тиімділігін (бомбаның зақымдауы/бомбаның массасы) арттыру үшін қажетті кішірек соққылы қарулар бір ғана заманауи соққылы қарулардың қуаттылығы/массалық қатынасын арттырды.

Табыс шегі

Күш пен масса арақатынасы – қарудың массасына шаққандағы оның күшін көрсететін шама. Ядролық қаруды жобалаушы Тед Тейлордың сөзіне сүйенсек, термоядролық қарулар үшін күш пен масса арақатынасының практикалық максимум 6 мегатонна ТНТ тоннаға (25 ТДж/кг) шамасында болады. «Тейлор шегі» алғашқы қағидаларға негізделмеген, бірақ теориялық тұрғыдан тоннаға 9,5 мегатоннаға дейін күші бар қарулар қарастырылған. Нақты қол жеткізілген мәндер одан сәл төмен, ал бұл көрсеткіш қазіргі арсеналдарда кеңінен қолданылатын, тиімді MIRV жүйелерінде пайдалануға немесе қанатты зымырандармен жеткізілуге арналған кішкентай, жеңіл қарулар үшін одан да төмен болады. B41 үшін қарастырылған 25 мегатонналық опция күш пен масса арақатынасын тоннаға 5,1 мегатонна ТНТ деңгейіне жеткізеді. Бұл қазіргі АҚШ қаруларының кез келгенінен әлдеқайда жоғары тиімділікке (литий деутериді отынының кемінде 40% тиімділігіне) ие болуды талап етеді, бірақ бұл, әдеттегіден артық литий-6 қоспасын қолдану арқылы қол жеткізілуі мүмкін. Осының нәтижесінде B41 әлі күнге дейін ең жоғары күш/масса көрсеткішіне ие қару рекордын сақтап тұр. Осылайша, ашық деректерге сәйкес, W56 ядролық қарудың ең тиімділігін көрсетуі мүмкін. 1963 жылы АҚШ Қорғаныс министрлігі Титан-II зымыранымен 35 Мт оқтұмсықты немесе B-52 бомбалаушыларымен 50–60 Мт ауырлықты бомбаны орналастыруға қабілетті екенін жариялады. Бұл қарулардың ешқайсысы жасалмады, бірақ олардың екеуі де 25 Мт Mk 41-ден жоғары күш/масса арақатынасына ие болар еді. Бұл, Теллер-Улам термоядролық қаруларында ең көп қолданылатын U-238 тамперінің орнына, HEU тамперін пайдалану арқылы, B41 сияқты конструкцияны қолдану арқылы қол жеткізілуі мүмкін, бірақ U-238 тампері арзан және энергия тығыздығы төмен. Қазіргі АҚШ-тың кішкентай қарулары үшін күш тоннаға 600-ден 2200 килотоннаға дейін жетеді. Салыстыру үшін, Davy Crockett сияқты өте кішкентай тактикалық құрылғылар үшін күш тоннаға 0,4-тен 40 килотоннаға дейін болды. Тарихи салыстыру үшін, Little Boy үшін күш тоннаға 4 килотонна ТНТ ғана болды, ал ең үлкен «Царь-бомба» үшін күш тоннаға 2 мегатонна ТНТ болды (қасақана бірдей қару үшін екі есеге жуық күштен азайтылды, сондықтан бұл бомбаның жобаланған күші тоннаға 4 мегатоннаға жететініне күмән жоқ). Ең ірі таза бөліну бомбасы – Ivy King, 500 килотонналық күшке ие болды, бұл мұндай конструкциялардың жоғарғы шегін көрсетеді. Термоядролық күшейту мұндай қарудың тиімділігін айтарлықтай арттыра алады, бірақ барлық бөлінуге негізделген қарулардың күші үлкен сыни массамен жұмыс істеу қиындықтарына байланысты шектеулі. (Ұлыбританияның Orange Herald 800 килотонналық күшке ие үлкен күшейтілген бөліну бомбасы болды.) Алайда, термоядролық бомба үшін күштің жоғарғы шегі белгілі емес. Көптеген жекелеген оқ-дәрілер қазіргі арсеналдардың құрамына кірмейді, өйткені кішкентай MIRV оқ-дәрілері, панкейк пішіндес қирату аймағына таратылғанда, берілген жалпы күшке немесе пайдалы жүктеме массасының бірлігіне қарай әлдеқайда күштірек болады. Бұл әсер бір ғана оқ-дәрінің жердегі қирату күші оның күшінің тек куб түбіріне пропорционал екендігінен туындайды, өйткені жарылыс шамамен жарты шар пішіндес көлемде «босқа кетеді», ал стратегиялық нысана шекті биіктігі мен тереңдігі бар дөңгелек жер аумағына таралады. Бұл әсер баллистикалық зымыран оқ-дәрілері бір ғана оқ-дәрілік зымыранмен тасымалдана алатын ең үлкен көлемнен жеке-жеке азайтылған жағдайда күш/масса тиімділігінің төмендеуін толық өтеуге мүмкіндік береді.

Табыс тиімділігі

Атом бомбасының тиімділігі – атом бомбасының нақты қуаты мен теориялық максималды қуаты арақатынасымен анықталады. Барлық атом бомбаларының тиімділігі бірдей емес, себебі әрбір бомбаның конструкциясы оның тиімділігіне үлкен әсер етеді. Қуат тиімділігін арттыру үшін, сыни массаны дұрыс жинау қажет, сондай-ақ конструкцияда тоқтаушылар (tampers) немесе бастақыштар (initiators) сияқты құрылғыларды қолдану керек. Тоқтаушы әдетте ураннан жасалады және оның инерциясы арқасында бомба ядросын бірге ұстайды. Ол ядроның тым ерте бөлінуіне, яғни "сәулеленудің сөнуіне" (fizzle) жол бермес үшін, максималды бөлінуді қамтамасыз ету үшін қолданылады. Бастақыш – ядроның ішінде немесе бомбаның сыртында орналасқан нейтрондардың көзі, ол жарылыс сәтінде ядроға нейтрондарды жібереді. Бұл реакцияны бастап, максималды бөліну реакцияларының жүзеге асуын қамтамасыз ету арқылы қуатты арттыруға мүмкіндік береді.

Басқа әдістер мен даулар

Бұл деректер қол жетімді болмаған жағдайларда, көптеген жағдайларда нақты қуаты дау тудырады, әсіресе олар саяси мәселелерге байланысты болғанда. Мысалы, Хиросима мен Нагасакидегі атомдық бомбалауда қолданылған қару-жарақтар өте ерекше және ең жақсысын табуға тырысқан дизайнға ие болды, ал олардың қуатын кейіннен бағалау өте қиын болды. Хиросимадағы "Кішкентай бала" бомбасының қуаты (20% қателік шегімен) аралығында, ал Нагасакидегі "Жұқа адам" бомбасының қуаты (10% қателік шегімен) аралығында бағаланған. Мұндай көрінеу шағын өзгерістер осы бомбалаудан алынған деректерді басқа бомбалардың жағдайда қалай әрекет ететінін түсіну үшін пайдаланғанда маңызды болуы мүмкін, сонымен қатар басқа қарулардың қанша "Хиросима бомбасына" тең екендігі туралы әртүрлі бағалауларға әкелуі мүмкін (мысалы, Айви Майк сутекті бомбасы 867 немесе 578 Хиросима бомбасына тең болды – есептеу үшін жоғары немесе төмен мәнді қолданғанға байланысты, бұл реторикалық тұрғыдан айтарлықтай айырмашылық). Басқа да даулы қуаттардың қатарында алып "Царь бомбасы" бар, оның қуаты әртүрлі саяси тұлғалар тарапынан "тек" немесе ең көп дегенде деп жарияланды, бұл бомбаның күшін көрсету немесе оны кемсіту әрекеті болуы мүмкін.