核弹头示意图
美国第一颗量产核弹——小矮人。 车体盖被移除，可以看到带有主装药的枪管元件。 美国国防部供图
在二十世纪四十年代。 来自主要国家的科学家开发出了第一批核样品 武器。 事实证明，制造一种可用且可用于战斗的弹药是一项艰巨的任务。 有必要提出并实施一种满足多种复杂要求的设计。 未来这些研究的结果是几种不同的核武器方案及其一些选择。 他们中的一些人仍留在 故事，而其他一些已经证明了它们的有效性并且至今仍在使用。
大炮计划
第一个用于真正打击的核武器是美国产品“小男孩”（“Kid”）。 6 年 1945 月 XNUMX 日，它被用来攻击日本广岛市。 它是 航空 弹头重 64 公斤铀的炸弹，实际当量为 15-18 吨 TNT。 为了简化设计并加快生产，装药是按照所谓的方式建造的。 大炮或弹道方案。
大炮的装药电路设计相当简单。 它建造在一个细长的管状船体中 - 为此使用了足够口径的火炮身管。 在桶体内的两端放置了两块亚临界铀235。 其中一个是移动式的，并配备了火药装药：当弹药被启动时，这个块实际上是在第二个上发射的。 还可以提供中子源。
炸弹“Kid”枪方案示意图。 铀块被标记为红色。 图形维基共享资源
当两个块连接时，铀装料获得超临界质量，从而引发链式核反应。 一个单独的中子源应该可以提高操作的可靠性。 为了发展反应并增加爆炸威力，有必要在最初几毫秒内将铀保持在一起 - 由于坚固的枪管和粉末气体的压力，这一任务得到了解决。
大炮方案很简单，但有很大的缺点。 首先，效率低下。 由于设计特点，爆炸期间主装药的很大一部分没有时间反应就被喷射到太空中。 所以，在“宝贝”的反应中，只有大约。 1% 铀。 此外，战备产品还存在自爆的风险。
然而，在核力量发展的早期阶段，大炮方案得到了应用。 在美国，他们掌握了Little Boy产品的小规模生产，并组装了35台此类设备。 此外，早期的核弹炮弹就是按照这个方案建造的。 随着新的和更先进的设计的出现，大炮方案已经载入史册。
1945 年 XNUMX 月，Gadget 产品安装在测试塔上。照片由美国能源部拍摄
挤压效应
16 年 1945 月 239 日，即“小子”释放前几周，世界上首次核武器试验在美国阿拉莫戈多试验场进行。 Gadget代码的实验性装药是在钚XNUMX的基础上进行的，并按照所谓的方式建造。 内爆计划。 鉴于钚的物理特性，它不允许使用将一部分装药“射入”另一部分的加农炮方案。
内爆方案建议使用亚临界质量的球形钚装药核。 它里面有一个空腔，里面装有金属中子源，可以启动核反应。 在外面，核心覆盖着几层“普通”炸药。 由此产生的球体配备了大量独立的保险丝，均匀分布在其表面上。 还需要一个控制装置来同步操作所有熔断器，偏差不超过毫秒。
整个常规装药的同时爆炸会压缩核心，并导致中心元件发射中子。 爆炸产生的压力还确保裂变材料在链式反应的最初时刻保持在一起。
小工具和胖子物品中使用的内爆弹头模型。 可以看到许多保险丝控制线。 照片由维基共享资源提供
内爆方案比火炮方案更复杂，但其特点是可靠性和效率更高。 1945 年 XNUMX 月在长崎市投下的钚弹“胖子”就是按照这个计划建造的。 后来在美国，开发并推出了不同功率和不同设计的内爆装药的新模型。
苏联核武器的发展始于内爆方案。 在获得有关美国发展的信息后，我们的物理学家考虑了外国经验。 他们放弃了不成功的大炮方案，立即开始开发内爆方案的产品。 早期的国内产品，从第一台RDS-1开始，就是完全按照这个方案制造的。
其他已经处于首次核武器实验阶段的国家正是使用了内爆方案。 他们还成功地实现了性能、可靠性和生产复杂性的结合。
苏联核弹RDS-4采用内爆方案，于1954年投入使用。世界上第一个战术核武器。 照片由维基共享资源提供
发展选择
具有球形压缩的内爆方案比火炮方案具有明显的优势，但也并非没有缺点。 首先，效率仍然很低——在早期样品中，反应率不超过 13-15%。 裂变材料。 因此，不断寻找新的思路和解决方案，一些新的方案也开始付诸实践。 主要重点是提高核装置的可靠性和安全性。
四十年代末，所谓的想法。 核助推器。 随后其他国家也研究了类似的想法。 这样的方案整体上类似于内爆方案，但作为中子源，它使用了少量的热核燃料——氘、氚或其化合物。 当压缩时，这种物质会产生能量增加的中子，从而更有效地在主装料中引发链式反应。 这提高了充电效率以及可实现的功率。 另外，通过在使用前立即对中子源进行充电，可以提高操作的安全性。
五十年代出现了一种方案，称为“天鹅”（eng.“天鹅”）。 它因其弹头组件的横截面而得名，让人想起天鹅的弯曲脖子。 这种方案的产品具有亚临界质量的球形装药，而负责压缩的传统炸药的起爆装药具有复杂的弯曲形状。 主装药的放置位置与炮弹的边缘有一定的偏移。
朝鲜领导人金正恩检查核弹头模型。 从形状来看，这是一种内爆型产品。 摄影：CTAC
破坏“正常”充电是使用单个保险丝进行的，这简化了设计并消除了同步多个类似设备的需要。 在这种情况下，起爆装药的形状传导并分布冲击波，从而以最佳方式发生钚球的压缩。 这种电路的电荷可以配备额外的保险丝：当触发时，它们会破坏冲击波的通道并防止连锁反应开始。
根本性的新技术
在四五十年代，来自主要国家的科学家开发了几种基本的核电荷方案，以及经过各种修改的许多版本。 在这些想法的基础上，创造了真正的弹药，后来被采用并服役。 然而，到了五十年代中期，基于衰变的核武器的根本发展和更新进程达到了当时可能达到的最大结果，并开始放缓。
与此同时，新一代超威力武器——基于元素合成的热核装药的研制工作开始全面展开。 随着时间的推移，科学家和工程师的所有努力都精准地投向了热核方向。 “常规”核装药现在仅被视为热核系统的第一阶段。
天鹅型弹药的剖面图。 钚核心标记为绿色，负责触发的唯一引信标记为红色。 图形维基共享资源
尽管共同目标发生了变化，“常规”核装置的开发仍在继续，尽管尚未引入全新的解决方案和想法。 根据已知数据，主要采用内爆方案的各种变体，以满足特定项目的要求。 这种方法仍然可以维持 - 它与任务集完全一致，并允许您创建具有所需特征的样本。
坚实的基础
核武器于上世纪中叶出现并最终进入主要国家的武库。 与此同时，科学家和设计师正在寻找并制定此类武器的各种设计方案，这使得增加所有主要特性成为可能。 这一过程取得了成功——在工作的第一年，所有主要方案和布局都已找到并实施。
上世纪中叶的思想以某种形式至今仍在使用。 与此同时，近几十年来技术和材料的发展使得更充分地利用长期提出的方案的潜力成为可能。 因此，相当古老的发展仍在帮助建立和改进核盾牌并提供战略威慑。
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