La implosión por radiación es el principio de la compresión pulsada de una carga nuclear utilizando energía de rayos X , que se libera durante la explosión de un arma nuclear poco espaciada y se transmite a través de un canal especial (entre etapas). En este caso, la compresión se realiza mediante plasma, en el que se convierte la carga durante su sublimación . La implosión por radiación se utiliza en termonucleares , es decir, en armas nucleares de dos etapas (bifásicas) [1] .
El término "implosión de radiación" también se puede usar en relación con cualquier proceso en el que el flujo de energía de radiación electromagnética hacia la superficie de un cuerpo se usa para comprimirlo mecánicamente. Se está estudiando el uso de esta idea para problemas energéticos en fusión termonuclear inercial controlada .
La implosión de radiación fue desarrollada por primera vez por Klaus Fuchs y John von Neumann en los EE. UU. como parte de su trabajo sobre la idea de un diseño de bomba de hidrógeno llamado "Classical Super". Como resultado de este trabajo, se presentó una solicitud de patente secreta en 1946, y Fuchs transmitió esta información a la Unión Soviética como parte de su espionaje nuclear. Sin embargo, este diseño no se usó en la configuración final de la bomba H, y ni los EE. UU. ni la URSS pudieron traducir las ideas de Fuchs en una bomba H real. Una versión modificada de la idea de Fuchs-Neumann se utilizó en los ensayos "George" de la Operación Invernadero el 8 de mayo de 1951.
Trabajando con el grupo de Edward Teller en el Laboratorio de Los Álamos sobre posibles opciones para crear una bomba de hidrógeno, en enero de 1951 [2] Stanislav Ulam planteó la idea de utilizar la onda de choque hidrodinámica de un arma nuclear para comprimir otra porción de material fisionable a una densidad increíble para aumentar el rendimiento de una explosión nuclear a varios megatones, es decir, la idea de una bomba nuclear de dos etapas. Más tarde se dio cuenta de que el mismo enfoque podría usarse para iniciar una reacción termonuclear. Le presentó la idea a Edward Teller , quien rápidamente se dio cuenta de que en lugar de la onda de choque mecánica de una explosión nuclear, sería mucho más rápido y eficiente usar rayos X , liberados por una explosión nuclear, para comprimir. Esta combinación de ideas se denominó más tarde el esquema Teller-Ulam .
El primer dispositivo termonuclear experimental basado en este principio fue probado el 1 de noviembre de 1952 ( prueba de Evie Mike ).
En la URSS, un esquema similar se desarrolló de forma independiente en 1955 y también formó la base para la tecnología de armas termonucleares (producto RDS-37 ). Al mismo tiempo, la contribución científica de Viktor Davidenko , Andrei Sakharov y Yakov Zel'dovich [1] [3] fue significativa .
La mayor parte de la energía de la explosión de una bomba atómica se libera en forma de rayos X. El espectro de emisión coincide aproximadamente con el espectro de un cuerpo negro a una temperatura de 50 000 000 Kelvin (un poco más de tres veces mayor que la temperatura en el núcleo del Sol : 15 millones K). La amplitud se puede representar como un pulso trapezoidal con un tiempo de subida de 1 microsegundo, una meseta de 1 microsegundo y un tiempo de caída de 1 microsegundo. Para una bomba atómica de 30 kilotones, la energía total de rayos X es de 100 terajulios .
En el esquema de Teller-Ulam, el objeto que está expuesto a la radiación se denomina "etapa secundaria". El objeto contiene combustible de fusión, como hidruro de litio , y su capa exterior está hecha de un material impermeable a los rayos X, como plomo o uranio-238.
Para transferir rayos X desde la superficie de la etapa primaria (es decir, la bomba atómica) a la superficie de la etapa secundaria, se utiliza un sistema de "reflectores de rayos X".
El reflector suele ser un cilindro, como el de uranio. La etapa primaria está ubicada en un extremo del cilindro y la etapa secundaria está en el otro. El interior del cilindro generalmente se rellena con espuma transparente a los rayos X, como la espuma de poliestireno .
El término "reflector" es confuso, ya que se podría pensar que el dispositivo funciona como un espejo para rayos X. Por supuesto, una pequeña parte de los rayos se dispersa, pero la mayor parte de la transferencia de energía ocurre en un proceso de dos etapas: el "reflector" se calienta a una temperatura alta por la radiación de la explosión de la bomba atómica, y luego emite X -rayos, que caen en la etapa secundaria. La eficiencia de este proceso puede mejorarse mediante métodos que son secretos de estado .
Algunos documentos chinos dicen que los científicos chinos usaron un método diferente para producir la implosión de radiación. Según estos documentos, en su primera bomba termonuclear, en lugar de un "reflector" para transferir energía de la etapa primaria a la secundaria, utilizaron una lente de rayos X.
El término "implosión de radiación" implica que la etapa secundaria de la bomba está comprimida por la presión de radiación, pero los cálculos muestran que, aunque esta presión es realmente alta, la presión ejercida por los materiales que se evaporan la supera con creces. La capa exterior de la etapa secundaria se calienta tanto que comienza a evaporarse y se dispersa a gran velocidad. Esto crea una presión que es varios órdenes de magnitud mayor que la presión de radiación. Por lo tanto, la implosión de radiación en las armas termonucleares no es más que una evaporación implosiva causada por la radiación.