Θερμοπυρηνικό όπλο κεφαλής

Θερμοπυρηνική κεφαλή, επίσης γνωστή ως πυρηνική κεφαλή, θερμοπυρηνική (σύντηξη) βόμβα σχεδιασμένη για να χωράει μέσα σε έναν πύραυλο. Στις αρχές της δεκαετίας του 1950, τόσο οι Ηνωμένες Πολιτείες όσο και η Σοβιετική Ένωση είχαν αναπτύξει πυρηνικές κεφαλές που ήταν αρκετά μικρές και ελαφριές για την ανάπτυξη πυραύλων, και στα τέλη της δεκαετίας του 1950 και οι δύο χώρες είχαν αναπτύξει διηπειρωτικούς βαλλιστικούς πυραύλους (ICBM) ικανά να παρέχουν θερμοπυρηνικές κεφαλές σε όλο τον κόσμο.

Βασικός σχεδιασμός δύο σταδίων

Μια τυπική θερμοπυρηνική κεφαλή μπορεί να κατασκευαστεί σύμφωνα με ένα σχέδιο δύο σταδίων, που διαθέτει ένα πρωτεύον σχάσης ή ενισχυμένης σχάσης (ονομάζεται επίσης σκανδάλη) και ένα φυσικά ξεχωριστό στοιχείο που ονομάζεται δευτερεύον. Τόσο το πρωτεύον όσο και το δευτερεύον περιέχονται σε μια εξωτερική μεταλλική θήκη. Ακτινοβολία από την έκρηξη σχάσης του πρωτογενούς περιέχεται και χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ενέργειας για συμπίεση και ανάφλεξη του δευτερεύοντος. Μερική από την αρχική ακτινοβολία από την πρωτογενή έκρηξη απορροφάται από την εσωτερική επιφάνεια της θήκης, η οποία είναι κατασκευασμένη από υλικό υψηλής πυκνότητας όπως το ουράνιο. Η απορρόφηση ακτινοβολίας θερμαίνει την εσωτερική επιφάνεια της θήκης, μετατρέποντάς την σε ένα αδιαφανές όριο θερμών ηλεκτρονίων και ιόντων. Η επακόλουθη ακτινοβολία από την πρωτογενή περιορίζεται σε μεγάλο βαθμό μεταξύ αυτού του ορίου και της εξωτερικής επιφάνειας της δευτερεύουσας κάψουλας. Η αρχική, ανακλώμενη και επανα-ακτινοβολημένη ακτινοβολία που παγιδεύεται μέσα σε αυτήν την κοιλότητα απορροφάται από υλικό χαμηλότερης πυκνότητας εντός της κοιλότητας, μετατρέποντάς το σε θερμό πλάσμα ηλεκτρονίων και σωματιδίων ιόντων που συνεχίζουν να απορροφούν ενέργεια από την περιορισμένη ακτινοβολία. Η συνολική πίεση στην κοιλότητα - το άθροισμα της συμβολής από τα πολύ ενεργητικά σωματίδια και η γενικά μικρότερη συνεισφορά από την ακτινοβολία - εφαρμόζεται στο εξωτερικό περίβλημα βαρέων μετάλλων της δευτερεύουσας κάψουλας (που ονομάζεται ωθητής), συμπιέζοντας έτσι το δευτερεύον.

Συνήθως, που περιέχεται στο ωστήριο είναι κάποιο υλικό σύντηξης, όπως το δευτέριο λίθιο-6, που περιβάλλει ένα «μπουζί» εκρηκτικού σχάσιμου υλικού (γενικά ουρανίου-235) στο κέντρο. Με την πρωτογενή σχάση να παράγει εκρηκτική απόδοση στην κλίμακα kiloton, η συμπίεση του δευτερεύοντος είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας χημικά εκρηκτικά. Η συμπίεση του μπουζί οδηγεί σε έκρηξη σχισίματος που δημιουργεί θερμοκρασίες συγκρίσιμες με αυτές του Ήλιου και άφθονη παροχή νετρονίων για σύντηξη του περιβάλλοντος και τώρα συμπιεσμένου θερμοπυρηνικού υλικού. Έτσι, οι διαδικασίες σχάσης και σύντηξης που λαμβάνουν χώρα στο δευτερεύον είναι γενικά πολύ πιο αποτελεσματικές από αυτές που πραγματοποιούνται στην πρωτογενή.

Σε μια αποτελεσματική, σύγχρονη συσκευή δύο σταδίων - όπως μια κεφαλή βαλλιστικών πυραύλων μεγάλου βεληνεκούς - η κύρια ενισχύεται προκειμένου να διατηρηθεί ο όγκος και το βάρος. Τα ενισχυμένα πρωτεύοντα σε σύγχρονα θερμοπυρηνικά όπλα περιέχουν περίπου 3 έως 4 κιλά (6,6 έως 8,8 λίβρες) πλουτωνίου, ενώ λιγότερο εξελιγμένα σχέδια μπορεί να χρησιμοποιούν διπλάσιο από αυτό το ποσό ή περισσότερο. Το δευτερεύον τυπικά περιέχει ένα σύνθετο από σύντηξη και σχάσιμα υλικά προσεκτικά προσαρμοσμένα για μεγιστοποίηση της απόδοσης προς βάρος ή απόδοσης προς όγκο της κεφαλής, αν και είναι δυνατόν να κατασκευαστούν δευτερεύοντες από καθαρά σχάσιμα ή συντηγμένα υλικά.