У конструкції ядерної зброї ядро (, що значить тверду серцевину кісточкових плодів, таких як персики та абрикоси) — центральний і головний елемент конструкції, ядерної зброї імплозійного типу, що складається з матеріалу, що розщеплюється, і будь-якого відбивача нейтронів або прикріпленого до нього тампера. У деяких видах зброї, випробуваних у 1950-х роках, використовувалися ядра, виготовлені лише з урану-235 або у вигляді суміші з плутонієм"Restricted Data Declassification Decisions from 1945 until Present" – "Fact that plutonium and uranium may be bonded to each other in unspecified pits or weapons.". Повністю плутонієві сердечники мали менший діаметр і були стандартом початку 1960-х років. Ядро названа на честь т.

Конструкції

Ядра Крісті Ядра першої ядерної зброї були суцільними, з модульованим нейтронним ініціатором в центрі. Гаджет і Товстун використовували кістянки, виготовлені з 6,2 кг твердого гарячого пресованого плутонієво-галієвого сплаву (при 400 °C і 200 МПа в сталевих штампах – і ) півкулі 9,2 см діаметр, з 2,5 см внутрішніми порожнина для ініціатора. Ядро Гаджета було гальванічним з 0,13 мм срібла через сприйнятливість плутонію до корозії в атмосфері кисню. Однак цей шар, утворив пухирі, які потрібно було відшліфувати. Перед випробуванням ці проміжки були залатані сусальним золотом. Ядра Товстуна та наступних моделей були покриті нікелем. Вважалося, що порожнисте ядро є більш ефективною, але зрештою її відхилили через вищі вимоги до точності імплозії.

У пізніших конструкціях використовувалися ініціатори TOM подібної конструкції, але з діаметром лише приблизно 1 см. Внутрішні ініціатори нейтронів пізніше були виведені з експлуатації та замінені на імпульсні джерела нейтронів, а також на посилене збройове ділення.

Тверді ядра були відомі як дизайн «Крісті» на честь Роберта Крісті, який втілив у життя дизайн твердого ядра після того, як його запропонував Едвард Теллер . Разом із ядром весь пакет фізики також отримав неофіційне прізвисько «Гаджет Крісті».

Левітовані ядра Ефективність імплозії можна збільшити, залишивши порожній простір між трамбівкою та ядром, викликаючи швидке прискорення ударної хвилі перед тим, як вона вдариться в центр самого ядра. Цей метод відомий як імплозія з левітацією. Левітаційні ядра були випробувані в 1948 році з бомбами типу «Товстун» (Mark IV). Рання зброя з левітуючим ядром мала знімну саму серцевину ядра, яка називається відкритим ядром. Його зберігали окремо, в спеціальній капсулі, яка називалася пташиною кліткою.

Порожнисті ядра Під час імплозії порожнистого ядра шар плутонію прискорюється всередину, стикаючись посередині й утворюючи надкритичну сферу високої щільності. Завдяки доданому імпульсу сам плутоній відіграє частину ролі тампера, вимагаючи меншої кількості урану в тамперному шарі, що зменшує вагу та розмір боєголовки. Порожнисті кістянки більш ефективні, ніж суцільні, але вимагають більш точної імплозії. Тому для перших зразків зброї віддавали перевагу суцільним ядрам "Крісті". Після закінчення війни в серпні 1945 року лабораторія знову зосередилася на проблемі порожнистого ядра, і решту року їх очолював Ганс Бете, його керівник групи та наступник теоретичного відділу з порожнистим композитним сердечником представляє найбільший інтерес через вартість плутонію та проблеми з нарощуванням реакторів Хенфорда.

Композитні активні та уранові ядра У той час запаси плутонію-239 були дефіцитними. Щоб зменшити його кількість, необхідну для ядра, було розроблено композитне ядро, де порожниста оболонка з плутонію була оточена зовнішньою оболонкою з більш великої кількості високозбагаченого урану. Композитні сердечники були доступні для ядерних бомб Mark 3 до кінця 1947 року. Наприклад, композитний сердечник для американської бомби Mark 4, сердечник 49-LCC-C був виготовлений з 2,5 кг плутонію і 5 кг урану. Його вибух виділяє лише 35% енергії плутонію та 25% урану, тому він не дуже ефективний, але економія ваги плутонію є значною.

Іншим фактором для розгляду різних матеріалів ядер є різна поведінка плутонію та урану. Плутоній ділиться швидше і виробляє більше нейтронів, але тоді його виробництво було дорожчим і дефіцитним через обмеження наявних реакторів. Уран повільніше розщеплюється, тому його надкритичну масу можна зібрати більшу, що забезпечує більшу потужність зброї. Композитний сердечник розглядався ще в липні 1945 року, а доступними вони стали в 1946 році. Пріоритетом для Лос-Аламоса тоді було проектування повністю уранового ядра. Нові їх конструкції були випробувані під час операції «Пісковик».

Герметичні ядра Герметичне ядро означає, що навколо неї всередині ядерної зброї утворюється твердий металевий бар’єр без отворів. Це захищає ядерні матеріали від погіршення навколишнього середовища та допомагає зменшити ймовірність їх викиду в разі випадкової пожежі чи незначного вибуху. Першою американською зброєю, в якій використовувалися герметичні ядра, була боєголовка W25. Металом часто є нержавіюча сталь, але також використовуються берилій, алюміній і, можливо, ванадій. Берилій крихкий, токсичний і дорогий, але є привабливим вибором через його роль відбивача нейтронів, що знижує необхідну критичну масу самого ядра. Ймовірно, між плутонієм і берилієм існує шар металу розділу, який захоплює альфа-частинки від розпаду плутонію (і америцію та інших забруднювачів), які інакше реагували б з берилієм і виробляли нейтрони. Берилієві тампери/рефлектори почали використовувати в середині 1950-х років. Деталі були виготовлені з пресованих порошкових берилієвих заготовок на .

Більш сучасні плутонієві ядра є порожнистими. Часто цитована специфікація, застосовна до деяких сучасних ядер, описує порожнисту сферу з відповідного конструкційного металу, приблизного розміру та ваги м’яча для боулінгу, з каналом для ін’єкції тритію (у випадку посиленої зброї поділу), з внутрішньою поверхнею покритою плутонієм. Розмір, зазвичай між м'ячем для боулінгу та тенісним м'ячем, точність сферичності, вага та ізотопний склад матеріалу, що розщеплюється, основні фактори, що впливають на властивості зброї, часто класифікуються. Порожнисті ядра можуть бути виготовлені з напівкорпусів із трьома зварними швами навколо екватора та трубою, припаяною (до берилію чи алюмінієвої оболонки) або звареною електронним променем або TIG (до оболонки з нержавіючої сталі) для введення наддувного газу. Ядра, покриті берилієм, більш вразливі до руйнування, більш чутливі до коливань температури, частіше вимагають очищення, сприйнятливі до корозії під впливом хлоридів і вологи, а також можуть наражати працівників на токсичний берилій.

Лінійні імплозійні ядра Подальша мініатюризація була досягнута шляхом лінійної імплозії. Подовжене, суцільне ядро субкритичної маси, переформоване в надкритичну сферичну форму двома протилежними ударними хвилями, а пізніше порожнисте ядро з точнішою формою імплозійних ударних хвиль, дозволило створити відносно дуже малі ядерні боєголовки. Однак конфігурація вважалася схильною до випадкової детонації високої потужності, коли вибухівка випадково ініціюється, на відміну від сферичної імплозії, де асиметрична імплозія руйнує зброю, не викликаючи ядерної детонації. Це потребувало спеціальних запобіжних заходів при проектуванні та серії тестів на безпеку, включаючи одноточкову безпеку.

Розподіл ядер між зброєю Конструкції зброї можуть розподіляти ядра. Наприклад, кажуть, що боєголовка W89 повторно використовує ядра від W68. Багато конструкцій ядер стандартизовано та розподілено між різними пакетами фізики. Однакові пакети фізики часто використовуються в різних боєголовках. Ядра також можна використовувати повторно; запечатані кістянки, витягнуті з розібраної зброї, зазвичай накопичуються для прямого повторного використання. Завдяки низькій швидкості старіння плутонієво-галієвого сплаву термін придатності їх оцінюється в століття і більше. Найстарішим ядрам в арсеналі США не менше 50 років.

Герметичні ядра можна класифікувати як з’єднані та не з’єднані. Несклеєні можна розібрати механічним способом; для відділення плутонію достатньо токарного верстата. Переробка склеєних, потребує хімічної обробкиBREDL Southern Anti-Plutonium Campaign . Bredl.org (1995-08-22). Retrieved on 2010-02-08..

Кажуть, що сердечники сучасної зброї мають радіус приблизно 5 см.

Типи зброї та ядра +Збройні кістянки СШАКонструкторська лабораторіяЗброяТип ядраСтатусПриміткиLANLB61-3,10123 Тривалий запасLANLB61-7,11125 Тривалий запасLANLB61-4118 Тривалий запасLANLW76116 Тривалий запасНайбільш чутлива до тепла, конструкція LANLLANLW78117 Тривалий запасLANLW80124 Тривалий запасВідповідальність передається LLNLLANLW80119 Тривалий запасLANLW80-0 Тривалий запасПлутоній-239, низькорадіоаційна, для військово-морського використання.LANLW88126 Тривалий запасLLNLB83MC3350 Тривалий запасНайважча, вогнетривке ядроLLNLW62MC2406Тривалий запасLLNLW84 ? Тривалий запасВогнетривка ядроLLNLW87MC3737 Тривалий запасВогнетривке ядроLANLB2883 Зняте з озброєнняLANLB28-093 Зняте з озброєнняМає мінімальну теплоту розпаду. W28-0 використовували внутрішню ініціацію, пізніші моделі B28 використовували зовнішню ініціацію, ймовірно, використовуючи інший тип ядра.LANLB4379 Зняте з озброєнняВкрите бериліємLANLB43-1101 Зняте з озброєнняВкрите бериліємLANLW4474 Зняте з озброєнняВкрита бериліємLANLW44-1100 Зняте з озброєнняВкрите бериліємLANLW50-1103 Зняте з озброєнняLANLB5376 Зняте з озброєнняСуцільноуранове ядроLANLW5481 Зняте з озброєнняВимагає очищення перед тривалим зберіганнямLANLW54-196 Зняте з озброєнняВимагає очищення перед тривалим зберіганнямLANLB57104Зняте з озброєнняLANLW5990 Зняте з озброєнняLANLB61-0110 Зняте з озброєнняLANLB61-2,5114 Зняте з озброєнняLANLW66112 Зняте з озброєнняLANLW69111 Зняте з озброєнняLANLW85128 Зняте з озброєнняLLNLW48MC1397 Зняте з озброєнняВкрите берилієм, потребує очищення перед тривалим зберіганнямLLNLW55MC1324 Зняте з озброєнняПідозрюється, що вкрите бериліємLLNLW56MC1801 Зняте з озброєнняВисокорадіоактивне, вимагає очищення перед тривалим зберіганнямLLNLW68MC1978 Зняте з озброєнняLLNLW70-0MC2381 Зняте з озброєнняLLNLW70-1MC2381a Зняте з озброєнняLLNLW70-2MC2381b Зняте з озброєнняLLNLW70-3MC2381c Зняте з озброєнняLLNLW71Unknown Зняте з озброєнняВимагає очищення перед тривалим зберіганнямLLNLW79MC2574 Зняте з озброєнняПідозрюється, вкрите берилієм

Міркування щодо безпеки

Перша зброя мала знімні ядра, які встановлювалися в бомбу незадовго до її розгортання. Триваючий процес мініатюризації призвів до змін у конструкції, завдяки чому ядро можна було вставляти на заводі під час складання пристрою. Це викликало необхідність перевірки безпеки, щоб переконатися, що випадкова детонація вибухових речовин не призведе до повномасштабного ядерного вибуху; Проект 56 був одним із такої серії випробувань.

Випадкова детонація високої потужності завжди викликала занепокоєння. Конструкція левітованого ядра дозволила вставляти сердечники в бомби під час польоту, відокремлюючи ядро, що розщеплюється, від вибухових речовин навколо нього. Тому багато випадків випадкових втрат і вибухів бомб призвели лише до розсіювання урану з трамбування бомби. Однак пізніші конструкції порожнистих кістянок, де немає простору між кістянки та трамбівкою, зробили це неможливим.

Виробництво та перевірки