[철심장]핵폭탄제조법4-고폭장치및 고폭실험(민핵위펌) 철심장의 과학,수학교실



안녕하십니까? 민핵위 철심장입니다.

다음은 민핵위(민간핵무기개발추진위원회http://cafe.naver.com/nuclearmaker)에 올려진 핵폭탄설계에 관한 고폭장치관련 글입니다......고폭장치가 얼마나 중요한지는 읽어보면 아실것입니다. 자세한것은 민핵위자료 참고하세요.,..

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핵무기개발에 있어서 중요한 3대요소라고하면 핵원료확보, 우라늄농축(플루토늄재처리등),고폭장치개발(고폭실험)이라 할 수 있다. 여기서 보듯이 고폭장치개발은 그만큼 핵무기개발에 있어서 기술적 부문의 대부분을 차지한다.

따라서 핵무기개발은 우라늄농축이나 플루토늄 재처리등으로 만들어진 핵원료만 완전히 확보되고 고폭장치개발과 고폭시험만 끝내면 완성된 것으로 봐도 된다.

따라서 일차적으로 고폭장치 및 고폭실험이란 무엇인지에 대해 살펴보고 이차적으로는 자세한 고폭장치의 종류, 세부구조 및 설계도면. 실험계획등이 핵폭탄 설계연구실에 비공개로 멤버(동지)들에게만 올려질 것이다.

임계질량 소개할때 설명한 것처럼 우라늄탄이든 플루토늄탄이든 임계질량이하의 핵물질을 폭약을 사용해 극도로 빠른 시간(100만분의 1)내에 임계상태로 압축 혹은 결합시키면 핵폭발이 일어나는데 이때 사용되는 폭발장치가 바로 고폭장치다.

핵폭탄에서 고폭장치란 임계량이하의 (분리된 상태의) 핵물질을 임계상태로 압축 및 결합시키기 위한 폭약장치로 핵폭발이 일어나는 약 1/1,000,000초 내에 핵물질을 완벽한 구형(초임계질량)으로 압축,결합시킬 수 있도록 정밀하게 설계,제작되어야 하며 핵물질의 이동속도가 최소 1000m/sec 이상의 되어야 하므로 빠르고 강력한 고성능 폭약이 요구되며  정교한 다중 동시격발 장치가 필요하다.

일반적인 주요 구성품은 고폭약(PBX : Plastic Bonded Explosive : 폭속 7,800m/sec 등의 입상화약), 전원장치 및 전압승압장치 및 중성자 발생장치 등으로 구성된다.(설계연구실 게시판에서 별도 소개)

고폭장치는 포신형인 우라늄탄의 경우 두 부분으로 나눠진 우라늄을 고폭장약을 터뜨려 빠르게 한덩어리로 합쳐지게 만들면 되니 비교적 간단하고 심지어 몇 번의 고폭실험만 거치면 되지만 플루토늄탄은 매우 정밀한 고폭장치를 필요로 하고 수십,수백 번의 고폭실험을 필요로 한다.

   우라늄9kg                            우라늄9kg          PBX                     콘트롤러

                                                (우라늄탄의 개념도)

 

이유는 플루토늄탄은 핵폭발을 일으키는 임계질량(臨界質量)’치 이하의 플루토늄 주위에 PBX 등 고성능 폭약을 일정한 간격으로 배치한 뒤 기폭 장치를 통해 이 폭약을 터뜨려 플루토늄을 임계질량이상이 되도록 압축시킴으로 핵분열(핵폭발)을 유도하는것으로 이때 폭약 폭발 타이밍의 오차가 100만분의 1초이내일 정도로 정확하고 핵 물질 이동속도가 초속 1000m 이상이 되야 하기 때문이다.. 이런 고폭 장치의 작동상태와 성능을 테스트하는 것이 바로 고폭 실험이다. 폭파 자체는 어렵지 않지만 정확한 방향의 정확한 압력을 생성해야 하기 때문에 고도의 계산이 필요하다


                                                         

                                                            플루토늄                                            PBX

                                              (플루토늄탄 개념도:그림에서 TNT는 오류로 PBX로 정정되야함)


고폭장치에서 빠른 폭속은 뇌관(detonator)과 신관(fuse)으로 구성된 기폭장치(detonator)에 여러 개로 붙여져 연결돼있는 고폭화약 렌즈를 폭발시키는 점화작용 과정시간을 최소한으로 줄임으로써 확보할 수 있다. 여기서 기폭장치를 폭발시키는 주요 부품은 폭결전선’(EBW: exploding-bridgewire detonator또는 exploding wire detonator)이다.

EBW는 미국이 맨해턴계획(Manhattan Project)을 통하여 인류 최초의 핵폭탄Gadget(1945.7.16), Little Boy(1945.8.6), Fat Man(1945.8.9) 3발을 만들면서 미국 뉴멕시코주 로스알라모스 국립핵연구소의 Luis Alvarez, Lawrence Johnson 연구원 등이 발명한 것이다. 현재는 국제무기시장에 폭탄 제작에 사용되는 EBW들이 사용목적에 따라 아주 다양하게 나와 있다. 따라서 직접 제작이 어려울 경우 국제무기시장을 이용한 구입도 가능한 한가지 방법이 된다.

기폭장치를 통하여 고폭화약에 점화되면, 이때 플루토늄 피트를 싸고 있는 귤(orange) 껍질 모양의 고폭장치에서 나오는 폭발력은 동시에 구형(sphere) 탄두의 중심으로 집속(focalization) 되어야 한다. 폭발력을 집속시키기 위해서 폭속이 느린 화약과 빠른 화약을 고폭화약 렌즈의 안과 밖에 붙인다. 고폭화약 렌즈가 타들어(burning)가는 원리는 광학렌즈를 빛이 통과하면서 굴절되어 진행되는 현상과 같다.



                         플루토늄 핵탄의 고폭화약,신관,뇌관의 상호작용 구조 및 개념도


    무기급 핵물질과 재래식 일반화약이 결합되어서는 절대로 핵분열 반응이 일어나지 않는다. TNT나 콤포지션 계열의 일반화약으로는 핵물질이 요구하는 순간임계체적(instantaneous critical volume)을 얻을 수 없기 때문이다. 핵무기에 사용되는 고폭화약(High Explosives) 3종세트는 다음과 같다. HMX[octogencyclotetramethylene-tetranitramine, 9,100 m/s], RDX[cyclonitehexogenT4Cyclotrimethylenetrinitramine, 8,750 m/s], PETN[penthritepentaerythritol tetranitrate, 8,400 m/s]이다.  ( 설계연구실 게시판에서  별로 소개)
 
이들 고폭화약은 그 자체로도 만들기가 어렵지만, 이들을 사용하여 복합형 형상으로 만들어야 하기 때문에 더욱 어럽다. 폭속을 달리하는 재료들을 기하학적으로 배열하여 핵탄의 가장 바깥쪽에서 구모양의 핵탄 중심부로 폭발력이 손실 없이 모여지도록 해야 한다. 이를 바로 내폭(implosion)현상이라고 한다.

기하학적인 배열로 폭속이 다른 화약들을 배치함과 동시에 이들 복합화약체들을 렌즈모양으로 형상화해야 한다. 일반적으로 컴퓨터 수치제어(computer numerical control) 공작기계의 하나인 CAD/CAM 밀링머신으로 정교하게 깎는다. 성능검정을 위해서는 수백 번의 고폭실험을 거쳐야 한다.

                                                                 (to be continued...........I'll be back...................)




조국이 당신을 부르고 있습니다.......


 -민간핵무기개발추진위원회(http://cafe.naver.com/nuclearmaker)-


^.^ 철타곤의 철    심    장



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