Letecké bomby

[Alchymista]

Väčšina multimegatonových náloží montovaných do leteckých bômb je konštrukčne relatívne "krehká" - nie sú určené na dopad, ale na vzdušný výbuch. V podstate ani multimegatonové balistické bojové bloky nie sú konštruované na dopad, ale len na vzdušný výbuch, vo výške niekoľko desiatok, skôr niekoľko sto metrov nad terénom.

[Ekolog]

K RDS 200 - Car bomba.

https://en.wikipedia.org/wiki/Tsar_Bomba

Na samotný výbuch si jako malý kluk dobře pamatuji. Seděl jsem u okna v Praze a náraz tlakové vlny do okna si pamatuji dodnes. Bylo to opravdu hodně silné. Jen nebylo slyšet žádné proudové letadlo a náraz byl mnohem silnější než od letadla překonávajícího zvukovou bariéru, což bylo tenkrát docela běžné. Nebylo možné si úkaz nezapamatavat. Teprve mnohem později jsem se dozvěděl, co bylo příčinou.
Co se týká tzv. rengenové komprese, o ní pochybuji, neboť i na sovětské straně již museli vědět, že hlavní silou radiační imploze je reaktivní složka vyvolaná ablací povrchu tamperu, která je o 2 řády vyšší než síla radiace a o 1 řád vyšší než síla expandující plasmy.

[Alchymista]

A nie je to trošku nepochopenie?
Abláciu tamperu, pusheru a sparkplugu spôsobuje práve tvrdé roentgenové a gama žiarenie primáru šíriace sa radiačným kanálom vyplneným vodíkom (styropor/polystyrén plnený vodíkom), odrážajúce sa od vnútornej steny plášťa (case) pokrytej karbidom wolframu (pri dostatočne malých uhloch funguje ako roentgenové zrkadlo) a pohlcované v uráne.

Inak tie rýchlosti pohybu sú tam solídne (na to, že sa na vnútornej strane "nádoby" jedná o "skoro pevný" materiál) - uvádza sa rýchlosť pohybu 500-1000km/s...

Tvrdenie o dvoch štiepnych náložiach je pre mňa novinka... Okrem iného by znamenalo, že sovieti boli v tom období v konštrukcii štiepnych náloží oveľa ďalej, ako sa do nedávna prezentovalo.
Prečo? Pretože synchronizácia dvoch štiepnych náloží pre spoločné pôsobenie na druhý stupeň vyžaduje presnosť štartu a maxima energetickej produkcie štiepnej reakcie zhruba o rád lepšiu, ako je doba trvania fúznej reakcie (a tá bola 40ns).
Pritom sa uvádza, že fyzikálne podmienená nepresnosť okamihu výbuchu štiepnej nálože (ako maxima energetickej produkcie) dosahuje jednotky až desiatky mikrosekúnd... Proste občas chvíľu trvá než sa štiepna reakcia rozbehne naplno - a nedá sa s tým skoro nič robiť...
Teda - okrem dodávky väčšieho množstva neutrónov z malého urýchľovača.

[Ekolog]

To mne taky překvapilo. Nevím, zda je to možné, ale synchronní odpal dvou štěpných náloží se mi zdá technicky málo proveditelný.

Nicméně, RDS 220 má klasický tvar rotačního elipsoidu, což by vysvětlovalo, že v ohnisku F1 je umístěna štěpná nálož a v ohnisku F2 je umístěna fůzní nálož. Ta je ovšem velice rozměrná, takže na druhou stranu o fokusaci v F2 je pochybné hovořit. Ovšem eliptický tvar by možná napovídal jen jedné štěpné náloži. Ale táži se? Je eliptický tvar termonukleátní bomby vůbec nutný? Není to použito třeba jen z aerodynamického hlediska? Američané používají válcovitého tvaru a též to funguje. A je možno použít i tvaru "buráku". Takže tvar zářícího kanálu asi nebude ten kritický.

Při kompresi fúzní nálože působí tlak radiace, plasmy a reaktivní síla ablace povrchu tamperu. Ta především. A z článku jsem pochopil, že uvažují pouze s tlakem radiace, což je nesprávné.

[kenavf]

..že v ohnisku F1 je umístěna štěpná nálož a v ohnisku F2 je umístěna fůzní nálož...

A je to synchronizovaný odpal dvoch náloží?
Ja som pochopil tak že na odpálenie fúznej bomby potrebuješ najprv odpáliť štiepnu bombu a tá potom naštartuje/odpáli tú fúznu bombu..

[Ekolog]

Nikoliv dvě nálože. Domníval jsem se a později jsem se přesvědčil, že stejné přesvědčení měl koncem padesátých let i Kipp Thorne, že optimální tvar zářivého (radiačního) kanálu je eliptický. A to proto, že elipsa má tu vlastnost, neboť disponuje dvěmi ohnisky. Čili pokud umístím zářivý bod do prvého ohniska, dojde k soustředění energie ve druhém ohnisku. Této vlastnosti se využívá zpravidla v optice, laserech a třeba i v akustice. A domnívám se, že to může být výhodné, nikoliv však bezprostředně nutné, i pro konstrukci termonukleární zbraně.
Myšlenka byla následující. Pokud umístím do prvého ohniska eliptické dutiny štěpnou nálož, a po jejím výbuchu se radiace koncentruje ve druhém ohnisku, kde je umístěna fúzní nálož. Dutina je opatřena povlakem těžkého kovu, WC, zlato pod. což funguje jako rentgenové zrcadlo. Dutina je vyložena polystyrenovou pěnou, jež snadno propouští rtg. paprsky a při průchodu se mění v plasmu, která pomáhá kompresi fúzní nálože. Povrch tamperu se počíná odpařovat a tak účinně, reaktivní síla odpařujících se plynů tvoří základní sílu napomáhající kompresi f. n. Tlak plasmy je asi o řád slabší a tlak záření asi o dva řády.
Je to vlastně hvězda naruby, kde ovšem teplota přesahuje asi o řád teplotu v centru slunce, jež činí asi 17 MK.
Je však nutné si uvědomit, co se v bombě děje při výbuchu. Při explozi výbušných čoček se detonační vlna šíří všemi směry rychlostí cca 8 000 m/s. Než dosáhne štítu tamperu proběhne řetězová reakce a ze středu štěpné nálože vyrazí do dutiny rychlostí světla proud fotonů. A tyto jednak přivedou polystyrenou výstelku do stavu plasmy a způsobí ablaci tamperu. Při následné kompresi nálože je zažehovací plutoniová svíčka (sparkplug) přivedena do nadkritického stavu a ta zažehuje vlastní fúzní reakci. Tamper nadále stlačuje hořící LiD a drží svou setrvačností nálož pohromadě dokud vzniklá rázová vlna vše nerozmetá. Pokud je tamper z U238 je štěpen rychlými neutrony o energii větší než 5 MeV, které vznikají při fúzi a přispívá k výnosu nálože.

[PoloSVK]

Kua, začínam sa to aj báť čítať, nieto ešte pochopiť...

[Alchymista]

To je v poriadku. Ale oni tam píšu o dvoch štiepnych (fission) - teda dvoch primároch.

ekolog - otázka tvarovania tamperu sekundáru a dutiny so "žiarivým kanálom" respektíve jej "zrkadlového" plášťa bude netriviálna matematická úloha.

Ide o to, že zdroj roentgenového žiarenia nie je bod, ale guľa s konečnými nenulovými rozmermi a sekundár je zhruba valcový alebo "elipsoidný" objekt. Cielom je, aby fúzne palivo v sekundáre dosiahlo v momente zapálenia fúznej reakcie aspoň zhruba tvar toroidu... S prierezom čo najbližším kruhu.

To znamená vypočítať tvarovanie tamperu a spark plugu tak, aby vplyvom všetkých troch "tlakov" (ablácia, plazmy, žiarenia) stláčali palivo medzi sebou práve do takého tvaru. A to znamená spočítať pôsobenie roentgenového žiarenia na sprakplug a tamper a spočítať produkciu plazmy ich abláciou (neutrony a štiepne produkty nehrajú rolu - štiepne proukty ešte neopustili pôvodný objem štiepnej nálože a neutrony v lepšom prípade dosiahli horný okraj wolframového nárazníku). Z produkcie ablačnej plazmy potom spočítať vytvorený tlak a z toho zasa zrýchlenia stien tamperu a expanziu sparkplugu... a pohyb stláčaného paliva medzi nimi...

A celkom sranda je, že fyzikálne vlastnosti materiálov sa pri tom celkom významne menia...
Normálne má urán hustotu cca 19g/cm3, plutonium podobne.
Prí odpálení štiepnej nálože imploznej konštrukcie sa vplyvom rázových detonačných vĺn dosahuje hustota 22-25g/cm3 - plutoniovú guličku stlačia na pár mikrosekúnd skoro o centimeter - tým sa dostane z podkritickej geometrie do nadkritickej geometrie a môže prebehnúť reťazová reakcia.
Pri plazmovej ablácii pôsobiace tlaky spôsobujú, že hustota materiálu tamperu na čele rázovej vlny dosahuje "niekoľko sto" gramov na centimeter kubický...

Niekoho by mohlo napadnúť - prečo je palivo stláčané do tvaru toroidu a nie jednoducho guľe?
Údajne sa to skúšalo a nefungovalo to dobre.
Do hry vstupujú veci ako hybnosť a zotrvačnosť a výsledkom je, že podmienky zapálenia fúznej reakcie sú dosiahnuté len v tenkej vrstve na povrchu gule, kým veľká časť fúzneho paliva vo vnútri gule v tom momente "o niečom nevie" a fúznej reakcie sa nezúčastní - výsledkom je, že využitie fúzneho paliva je nízke a výbuch slabý.

Nálože s guľovitou "nádobou" sekundáru - všimnite si, že "spark plug" má tiež guľovitý tvar. Fúzne palivo bude stlačené do tvaru dutej gule.

Schéma jadrovej hlavice W87, na ktorej je znázornená variácia Teller-Ulamovej konštrukcie. V hornej časti je guľový sekundár, v dolnej časti je guľový primár.

Vonkajší plášť (modrý/fialový) je plášť návratového prostriedku hlavice MIRV (veľmi schematický), ktorý by chránil hlavicu pred teplom atmosféry po jej vypustení do vesmíru. „Fyzikálny balík“ primárnej a sekundárnej hlavice je obklopený reflektorovým obalom z uránu 238 (sivý), ktorý je vo vnútri vyplnený penovým polystyrénom (hnedý), ktorý pomáha pri prenose žiarenia z primárnej hlavice na stlačenie sekundárnej hlavice. Primár (v spodnej časti) je nejaký druh manipulátora (sivý), za ktorým nasleduje presne usporiadaná vysokoaktívna výbušnina (žltá), po ktorej nasleduje plutóniové jadro (modré), naplnené plynom trícium (zelené). Sférický sekundárny materiál je tamper s uránom 235 alebo uránom 238 (modrý), za ktorým nasleduje fúzne palivo z deuteridu lítneho (červený), po ktorom nasleduje „iskrička“ z uránu 235 alebo plutónia (modrý).

Tieto obrázky nie sú nakreslené so žiadnou presnosťou alebo mierkou a majú len ilustrovať všeobecný koncept.

https://en.wikipedia.org/wiki/W87

W88 má primár "vajcovitého tvaru" a jeho štiepna náplň je zhruba elipsoidná - je to tvarovanie pre "one-point" ("jednobodový") odpal - nálož má len jednu rozbušku.

Schéma jadrovej hlavice W88, na ktorej je znázornená variácia Teller-Ulamovej konštrukcie. V hornej časti je oblá primárna hlavica, zatiaľ čo v dolnej časti je sférická sekundárna hlavica.

Vonkajší plášť (modrý/fialový) je plášť návratového prostriedku hlavice MIRV (veľmi schematický), ktorý by chránil hlavicu pred teplom atmosféry po jej vypustení do vesmíru. „Fyzikálny balík“ primárnej a sekundárnej hlavice je obklopený reflektorovým obalom z uránu 238 (sivý), ktorý je vo vnútri vyplnený penovým polystyrénom (hnedý), ktorý pomáha pri prenose žiarenia z primárnej hlavice na stlačenie sekundárnej hlavice. Primár (hore) je nejaký druh manipulátora (sivý), za ktorým nasleduje presne usporiadaná vysokoaktívna výbušnina (žltá), za ktorou nasleduje plutóniové jadro (modré), naplnené plynom trícium (zelené). Sférický sekundárny materiál je tamper s uránom 235 alebo uránom 238 (modrý), za ktorým nasleduje fúzne palivo z deuteridu lítneho (červený), po ktorom nasleduje „iskrička“ z uránu 235 alebo plutónia (modrý).

Tieto obrázky nie sú nakreslené so žiadnou presnosťou alebo mierkou a majú len ilustrovať všeobecný koncept.

https://en.wikipedia.org/wiki/W88

[Ekolog]

Tvarování při kompresi do toroidu mne velice překvapilo. Řešení rentgenových čoček musí být velice složité, aby bylo dosaženo uvedeného efektu. Konstrukce štěpné nálože z hlediska přenosu rázových vln proti konstrukci fúzní nálože bude pravděpodobně asi dost jednoduché ... Složitost konstrukce f. b. mne stále překvapuje.
Někteří autoři uvádí, že Sacharov - Zeldovič fúzní bombu zkonstuhovali na základě podkladů poskytnutých špionáží. Nezdá se mi to pravděpodobné, neboť v době vývoje f.b. američané špionážní síť v L. Alamos již rozbili. Nicméně v jedné knížce K. S. Thorne uvádí debatu se Zeldovičem, ze které bylo naprosto jasné, že sovětští vědci prošli stejným vývojem při konstrukci bomby jako američtí vědci, ale později. Museli řešit stejné problémy při konstrukci bomby např. Rayleight Taylorovu nestabilitu pro chování plasmy.
Dost by mne zajímalo, kde je pravda, zda i při konstrukci f. b. sovětští vědci "opisovali". Uvádí se, že RDS 1 byl postaven podle "Tlustého muže". Vědci nechtěli riskovat a potřebovali, aby to fungovalo. Další bomby byly už sovětskými originály. "Sloika" byl taktéž sovětský originál. Že by RDS 37 byla taky "opsaná"?

[Alchymista]

RDS-1 bola podobná "Fat Man", pretože bola plutoniová, a teda nutne implózneho typu.
Sovieti v povojnovom období nemali možnosti rýchlo vybudovať kapacity na obohacovanie uránu v potrebnom množstve, takže šli pre nich jednoduchšou cestou výroby plutónia, kde stačí funkčný reaktor - separácia plutonia získaného ožarovaním uránu (zaujímavosť - v hliníkových kapsuliach) je potom čisto chemický proces.

Konštrukcia štiepnej bomby je samozrejme podstatne jednoduchšia ako fúzna nálož.
Aby to "fungovalo", nie je až tak zložité - zložité je dosiahnuť, aby to fungovalo s vysokým energetickým výťažkom, aby vo fúznej reakcii "zhorelo" čo najviac fúzneho paliva.
Toroid predstavuje ideál - menej dokonalé nálože majú fúzne palivo pretvarované do rôznych "foriem" a variant valcového, kuželového alebo guľového plášťa s premenlivou hrúbkou. Ale práve toroid vydrží "stabilný" najdlhší čas pri produkcii energie vo fúznej reakcii, takže do reakcie môže vstúpiť najviac paliva.

Zaujímavé sú aj guľovité komory druhé stupňa na obrázkoch vyššie - prvá úvaha je, že horenie fúzneho paliva bude prebiehať v guľovitom plášti... Ale to zrejme nie je celkom pravda, pokiaľ zoberieme do úvahy, ako sa rozdelí energia tvrdého žiarenia z primáru pri odrazoch od obalu a pri prechode cez samotný "pusher" fúznej nálože - z paliva sa vytvaruje skôr niečo "vajcoidné" alebo "miskoidné", pretože k primáru bližšia časť "pusheru" dostane viac energie, ako od primáru vzdialenejšia časť.
Spočítať, ako to vlastne prebehne, je zrejme pekne hnusná matematika...

[kenavf]

Dalo by sa odhadnúť percentuálne koľko je teraz jadrových a koľko termojadrových bomb. A či si termojadrové obsadili len tú skupinu najsilnejších, alebo sa to nedá takto kategorizovať? Alebo je to podľa spôsobu dopravy na ciel?(dopravenie letecké, raketové, torpédové,...)

[Alchymista]

Myslím, že čiste štiepne nálože už skoro nikto nepoužíva - prakticky každý, kto "dostatočne vyrástol" a dosiahol na poličku s termonukleárnymi náložami, používa už len tie. Sú efektívnejšie a lepšie škálovateľné, a povedal by som, že majú aj nejaké ďalšie výhody.

[Tuchacevsky]

Niekde som sa dočítal,že ten polystyrén ,alebo skôr nejaký druh polymeru, -(treba sa držať toho,že polystyrén degraduje pri 90stupnoch celzia )v tej hlavici ,miesto vzduchu obsahuje deuterium

[Alchymista]

IMHO nie deuterium, ale procium - normálny vodík. Ten je totiž pre tvrdé roentgenové žiarene "priehľadný" - značne priehľadnejší ako kyslík a dusík vo vzduchu. Aj materiál peny je volený taký, ktorý obsahuje relatívne najväčší podiel vodíku v molekule.
Hoci ani deuterium ako plyn či dokonca deuterium ako náhrada vodíku v materiále peny sa vylúčiť nedá.
BTW to je typický príklad "skrytých vedomostí" - aká je "priehľadnosť" vodíku a deuteria pre tvrdé roentgenové žiarenie?
Polovrstvu pre vzduch a gamažiarenie s určitou snahou nájdete, s veľkou snahou nájdete možno aj polovrstvy vzduchu pre rôzne energie žiarenia. So šťastím nájdete aj polovrstvy pre kyslík a dusík... Ale vodík (prócium) alebo dokonca deuterium? Ja som neuspel ani v šťastnejších dobách necenzurovaného internetu...

[Ekolog]

Takže pokud připojím řez pádovou bombou Mk 15, vyplývají z tohoto řezu zajímavé souvislosti. Vždy se v literatuře uvádělo, že otvor ve štítu fúzní nálože slouží k usnadnění prostupu rychlých neutronů vzniklých štěpnou reakcí, které iniciují štěpnou reakci plutoniové svíčky. Domnívám se, že to tak není, a nebo to není celá pravda. Pronikající rtg. záření pravděpodobně také formuje vzniklou plasmu sekundární nálože svým tlakem do podoby požadovaného toroidu. Předpokládám, že i tzv. štít (na řezu je šedohnědý), se posunuje jednak tlakem záření a jednak i ablací směrem od primární nálože a dochází tak k formování sekundární (fúzní) nálože do požadovaného tvaru.
Myslím, že podobným efektem je možno formovat i sekundární kulovitou nálož do požadovaného tvaru.
Složitost problematiky vývoje termonukleární bomby mne fascinuje. Většina vědců, kteří prošli "jaderným intermezzem" se později "přepnuli" na astrofyziku, kde jednak mohli spoustu svých zkušeností využít a kde problematika byla podobně složitá.

[Alchymista]

Súhlasím.
Pokiaľ zoberiem "klasický obraz" z wiky - tak to, čo vidíme v štvrtom a piatom kroku je "nepresné" - "nárazník" by sa mal posúvať tiež - a vzhľadom k svojej počiatočnej blízkosti k zdroju žiarenia a relatívnej hrúbke viac ako steny - intenzita toku žiarenia a hrúbka spôsobí možno až násobne vyššiu produkciu plazmy a jej ohrev na vyššie teploty, takže aj tlak a tým aj urýchľujúca sila bude vyššia ako na steny


Takže by to malo vyzerat najskôr nejak takto:
- Fúzne palivo je vekom nádoby stlačené do kompaktného tvaru
- Obal/plášť bomby sa rozpadne až potom, ako dobehnú obe reakcie - štiepna aj fúzna.

[Ekolog]

Ano, je to i má představa. Bohužel tuto představu nemohu nijak dokázat. Domnívám se, že proud záření při pohybu "nárazníku" - "štítu" pronikající jeho otvorem umístěným v jeho středu, pomáhá neznámým způsobem (tlakem záření?) ve formováni toroidu plasmy.
Pokud si člověk zkusí představit množství myšlenek, práce a výpočtů při konstrukci term. bomby, nedovedu si představit jak náročné bude vytvoření fúzní elektrárny a čím si vědci zde musí procházet. A bohužel si uvědomuji, že přes odtajnění základního principu term. bomby je mnoho nám zatím utajeno.
Děkuji za plodnou debatu jež mi velice mnoho přinesla.

[Alchymista]

Čo neni nakreslené, je to, že spark plug sa zrejme chová dosť podobne ako obal palivovej náplne - odparuje sa, tvorí plazmu a rozpína sa smerom "von" - fúzne palivo je teda stláčané nielen "zvonku dovnútra" ale i "zvnútra von".

To, čo som nakreslil, tiež žiadnym serioznym spôsobom dokázať nemôžem - vychádza to len z mojej predstavy "ako by mali veci fungovať", na základe toho, čo o veci vieme z dostupných zdrojov - a "logických úvah" .

Ďalšie otázky na zamyslenie:
Prečo má nádoba s fúznym palivom kuželovitý tvar? Navyše - prečo je otočená širším koncom hore? Aspoň mne to pripadá divné...
Že by sa tlak pôsobiaci na plášť nádoby plynule menil a kuželovitý tvar zabezpečuje, aby sa časti plášťa dostali v správnom čase na správne miesto napriek rozdielnym rýchlostiam v "hornej" a "dolnej" časti ?

[inzo]

Ďalšie otázky na zamyslenie:
Prečo má nádoba s fúznym palivom kuželovitý tvar? Navyše - prečo je otočená širším koncom hore? Aspoň mne to pripadá divné...
Že by sa tlak pôsobiaci na plášť nádoby plynule menil a kuželovitý tvar zabezpečuje, aby sa časti plášťa dostali v správnom čase na správne miesto napriek rozdielnym rýchlostiam v "hornej" a "dolnej" časti ?

Pri tomto tvare vznikne ako výsledok tlaku rotačný predmet s valcovou ( alebo kužeľovou ) dutinou okolo stredu a bočné steny budú mať prierez trojuholníka so širšou základňou v smere proti postupu vlny. Značí vo vrchole trojuholníka bude najviac stlačená hmota, tam sa asi začne fúzna reakcia a jej ďalším postupom v smere na dno sa rovnako bude stláčať ďalší materiál pomocou prechodu "rotačného trojuholníka" smerom ku dnu

[Alchymista]

Aj keď rýchlosť pohybu stien a veka dosahuje viac ako 1000km/s (iný zdroj uvádza 500-600km/s), fúzna reakcia trvá veľmi krátko - u Car bomby, geometricky jednej z najväčších náloží, sa uvádza 40ns. Tomu zodpovedá pohyb o štyri centimetre...