Lentilă explozivă
O lentilă explozivă este un tip foarte specializat de sarcină goală, utilizat în principal în armele nucleare . Obiectivul este în special compus dintr-o componentă explozivă și o componentă inertă numită „wave-shaper” sau, în versiunile mai vechi, din diferiți explozivi cu putere detonantă diferită, dispuși în așa fel încât să poată controla forma undă de șoc. rezultată din detonarea care le traversează întregul; numele dispozitivului, „obiectiv”, derivă tocmai din faptul că este similar din punct de vedere conceptual cu un obiectiv optic care poate converge sau divergea razele de lumină care trec prin el.
Pentru a converti un front de undă care se extinde sferic într-un front de undă care converge sferic, adică implodează, folosind o singură interfață între explozivii care alcătuiesc sarcina, forma interfeței trebuie să fie cea a unui paraboloid ; în mod similar, pentru a converti un front de undă sferic divergent într-un front de undă plat, forma muchiei trebuie să fie cea a unui hiperboloid . Eliminarea aberațiilor și, prin urmare, a diferențelor față de forma dorită, se realizează tocmai ținând seama de principiile menționate mai sus și utilizând diferite interfețe de separare în ordine.
Invenţie
După cum a afirmat Hans Bethe , Premiul Nobel pentru fizică în 1967, invenția unui dispozitiv cu lentile explozive și proiectarea acestuia se datorează lui John von Neumann , matematician și fizician maghiar, membru al Proiectului Manhattan , care a sugerat utilizarea acestuia în primele dispozitive nucleare . [1]
Utilizare în armele nucleare
Într-o armă nucleară de implozie, cum ar fi Fat Man , bomba a aruncat asupra Nagasaki pe 9 august 1945 , un set de lentile explozive este folosit pentru a converti mai multe unde de detonare divergente și aproximativ sferice într-o singură undă sferică convergentă. Această undă convergentă are apoi scopul de a prăbuși diferitele cochilii sferice (tamperul, scutul reflectorizant, etc ...) plasate în jurul nucleului materialului fisionabil și de a comprima acesta din urmă astfel încât să ajungă la o stare de criticitate gata ( în primele bombe de implozie care au folosit un inițiator de neutroni intern , scopul undei de detonare a fost de a activa și această componentă). Lentilele sunt de obicei create pornind de la un exploziv de tip PBX, adică un exploziv în care particulele detonante sunt introduse într-o matrice realizată cu un polimer sintetic și printr-o inserție inertă, numită "wave-shaper" (literalmente "formator de undă") ), constând de obicei dintr-o spumă sau un material plastic destul de dens. Pe de altă parte, la lentilele folosite în vechile bombe, au fost folosiți doi explozivi cu o viteză de detonare semnificativ diferită, în general între 5 și 9 km / s. Gadgetul , prima bombă nucleară din istorie, precum și Fat Man , menționat anterior, au folosit de exemplu Baratol ca exploziv lent și Compoziția B ca exploziv rapid. [2]
Ilustrația din stânga reprezintă o secțiune transversală a uneia dintre pene poligonale, hexagonale și pentagonale, plasate în jurul nucleului unei vechi bombe de implozie pentru a forma o coajă sferică perfectă, cu o geometrie similară cu cea a unei mingi de fotbal. Firul detonatorului care explodează în partea stângă a imaginii, creat special pentru bombă de către fizicianul Luis Alvarez , Premiul Nobel pentru fizică în 1968 și de asistentul său Lawrence Johnson din laboratoarele Los Alamos, are sarcina de a declanșa crearea o undă de șoc emisferică care trece prin explozivul rapid. [3] Când unda de detonare ajunge la explozivul lent, special format, este transformată dintr-o undă divergentă într-o undă convergentă, care, acum îndreptată spre nucleu, trece printr-o nouă coajă sferică de exploziv rapid până când ajunge în interiorul dispozitiv.
Într-o bombă de implozie precum The Gadget , pentru a asigura uniformitatea frontului de undă sferic convergent, detonările inițiale trebuiau să aibă loc simultan și forma interfeței dintre cei doi explozivi trebuia făcută cu cea mai mare precizie posibilă, pentru aceasta, între 1944 și 1945, ca parte a Proiectului Manhattan , au fost efectuate mai multe serii de experimente destinate dezvoltării lentilelor explozive, dintre care una dintre cele mai importante a fost seria cunoscută sub numele de RaLa , bazată pe o metodă propusă de Robert Serber și dezvoltată de un echipă condusă de fizicianul italian Bruno Rossi . Nu numai atât, a fost creat și un sistem, denumit X-Unit, care a garantat simultaneitatea exploziilor, acumulând 5.600 de volți într-un banc de condensatori și apoi transmitând instantaneu electricitatea tuturor detonatoarelor. [3]
Primele bombe nucleare de implozie au folosit un sistem de 32 de pene poligonale (12 pentagonale și 20 hexagonale, fiecare dintre ele fiind echipate cu o pereche de detonatoare de sârmă detonante) și mai târziu unele au fost testate cu până la 96 de pene. Apoi, în vara anului 1956, odată cu succesul testului etapei primare Swan , undispozitiv nuclear cu fisiune amplificată folosit ulterior ca etapă primară în diferite focoase termonucleare, ar putea fi create dispozitive cu doar două puncte de aprindere. În plus față de încărcăturile modelate, Swan a folosit și un sistem de "lentile de aer" și a devenit, de asemenea, în virtutea dimensiunilor sale mici, prototipul pe care Statele Unite ale Americii și-au bazat toate dispozitivele nucleare ulterioare pentru a fi utilizate individual sau ca etape primare a bombelor termonucleare.
Alte utilizări
În plus față de războiul nuclear, lentilele explozive care folosesc tehnica stratului alternativ pentru a produce unde plane sunt utilizate în experimentele științifice a materialelor privind comportamentul materialelor în fața presiunilor tranzitorii ridicate. [4]
Notă
- ^
Documentar John Von Neumann , pe YouTube , Mathematical Association of America, 1966. Accesat la 17 iunie 2019 . - ^ John Coster-Mullen, Atom Bombs: The Top Secret Inside Story of Little Boy and Fat Man , Waukesha, Wisconsin, John Coster-Mullen, 2012.
- ^ a b Eric Schlosser, Sphere withinphere , in Command and control , Mondadori Editions, 2015.
- ^ Pimbley, Mader și Bowen, Calculatoare generatoare de unde plane , Los Alamos National Labs, octombrie 1982.
