참신한 설계의 핵무기들-1편
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일단 출처부터 박고 시작함.
국방부-대량살상무기에 대한 이해
swords of amageddon
physics of nuclear explosives
그럼 시작한다.
이 세상의 거의 모든 물질은 원자로 이뤄져 있다.
기원전 철학자 데모크리토스는 모든 물질은
더 이상 쪼갤 수 없는 최소단위,
즉 원자로 이루어져 있다고 주장했다.
그리고 이러한 철학적인 원자론의 주장을 바탕으로
1803년 존 돌턴은 보다 현대적인 개념의 원자론을 주장한다.
이후
1897년 톰슨의 음극선 실험을 통한 음전하를 띄는 전자의 발견과,
1911년 러더포드의 실험을 통해 양전하를 띄는 원자핵이 발견되고,
1932년 채드윅에 의해 전하를 띄지 않는 입자인 중성자가 발견된다.
이 발견들이 뜻하는 것은
모든 물질은 원자로 구성되어 있으며,
원자는 중심에 자리잡은
양성자와 중성자가 모인 원자핵과
그 주위를 돌고 있는 전자로 구성되어 있다는 것이다.
1939년,
독일의 화학자 오토 한과
프리츠 슈트라스만은 우라늄에 중성자를 쏟아붓는 실험을 통해
핵분열을 발견한다.
핵분열이란 말 그대로
원자의 핵이 조각나는(분열) 것을 뜻한다.
원자를 이루는 입자들은 양전하를 띈 입자들끼리,
음전하를 띈 입자들끼리 서로 밀어내는 강력한 힘인 반발력이 발생하고,
강력이라는 힘은 원자핵이 유지되도록 입자들을 서로 끌어당긴다.
이러한 서로 밀어내고 끌어당기는 힘의 균형이 깨지면 원자핵이 분열되며
2~3개의 중성자와 막대한 에너지를 방출한다.
이때 방사선 방출을 동반한다.
우라늄이나 플루토늄 같은 원자들은
원자핵 자체가 불안정하다.
이런 불안정한 원자핵에 중성자가 빨려 들어가면 원자핵을 묶어주던
힘의 균형이 깨지면서 원자가 쪼개지고,
남은 양성자와 전자는 다른 형태로 모여 다른 원소로 바뀐다.
이 과정에서 약간의 질량이 결손되며
이 결손된 질량은 어마어마한 에너지로 전환되어 방출된다.
중성자를 흡수하지 않고도 저절로 일어나는 자발적 핵분열 반응도 있으나 확률이 적다.
이는 아인슈타인의
질량-에너지 등가원리로 설명할 수 있는데,
과학을 모르는 사람도 한 번쯤은
E=mc^2라는 공식을 본 적이 있을 것이다.
대충 설명하자면
질량이 에너지로 바뀔 수 있다는 뜻으로,
위의 식을 설명하자면
에너지=(줄어든 질량) x (빛의 속도의 제곱)이다.
매우 작은 질량만 줄어들어도
핵분열로 줄어든 질량과
빛의 속도인 초속 30만 킬로미터의 제곱을 곱한만큼의
어마어마한 에너지가 나온다는 뜻이다.
일례로,
우라늄1g이 핵분열 할 때 나오는 에너지는
물 20만 톤을 데울 수 있는 열량인 20조cal나 되는데
이는 3톤의 석탄이나 10드럼의 석유를 태우는 열량과 맞먹는다.
TNT 폭약으로 치면 약20톤에 해당하는 에너지를 낼 수 있는 것이다.
또 이것을 전력으로 환산하면 2만3000kWh가 된다.
이는 중산가구가 약 10년간 사용할 수 있는 양이 된다.
핵융합(Fusion)은 수소와 같은 가벼운
서로 다른 두 개의 원자핵이 더 무거운 원자핵으로 융합하는 현상을 말한다.
핵융합이 발생하면 반응 전후의 원자핵 질량차이(반응 후 질량 감소)로
엄청난 양의 에너지가 방출되는데 이를 ‘핵융합에너지’라고 한다.
중수소 1g이 가진 에너지는 우리가 현재 사용하는 원자력발전에 비해
약 4배나 더 많은 에너지를 얻을 수 있으며 석탄 12톤에 해당하는 열량을 낼 수 있다.
이러한 핵융합 반응의 에너지를
폭발적으로 방출하게 만든 것이 바로 수소폭탄, 정확히는 열핵폭탄이다.
동위 원소는 원자 번호(양성자의 개수)가 같지만
질량수(양성자 개수+중성자 개수)가
다른 원소를 말한다.
원소의 화학적 성질은
양성자와 전자의 수에 의해 결정되므로
동위 원소의 화학적 성질은 원래 원소와 같다.
하지만 중성자의 수가 달라서 질량이 다르므로 물리적 방법으로 분리할 수 있다.
즉, 동위 원소는 서로 다른 물리적 성질을, 비슷한 화학적 성질을 가진다.
우라늄을 예시로 든다면,
92(양성자 개수)+146(중성자 개수)=238의 원자량을 가지는 우라늄 238,
92(양성자 개수)+143(중성자 개수)=235의 원자량을 가진 우라늄 235
둘 다 양성자 개수가 같으므로 둘 다 산소와 반응하는 등 화학적 성질이 같다.
물리적 차이는 중성자의 개수로 인해 발생한다.
3개의 중성자 개수 차이가 별거 아닌 것 같지만 핵폭탄(원자폭탄)을 만들 때에는
중성자 3개 차이가 매우 큰 변화를 가져온다.
우라늄 238은 잘 핵분열 하지 않아 원자폭탄의 재료로 사용하기 부적절하고,
우라늄 235보다 중성자가 3개 많기 때문에 우라늄 235보다 조금 무겁다.
우라늄 235는 잘 핵분열하여 원자폭탄의 재료로 적합하며,
우라늄 238보다 상대적으로 가볍다는 물리적 성질의 차이가 있다.
이렇게 우라늄-235처럼 핵분열이 잘 일어나는 물질을
핵분열성 물질이라고 한다.
위에서 언급했듯 우라늄-235에
중성자가 흡수되면 핵분열이 일어나고,
엄청난 에너지와 함께 자리를 잡지 못한 중성자가 원자에서 튀어나온다.
그런데 우라늄-235는 분열 과정에서 평균 약 2.5개의 중성자를 방출한다.
이 튀어나온 2.5개의 중성자가 다른 우라늄 원자핵에 부딪혀 또다른 핵분열을 일으킨다.
이것이 연속적으로 진행되는것을
연쇄반응이라 한다.
이러한 연쇄반응을 이용한 것이 원자로와 원자폭탄이다.
원자로와 핵무기는 핵분열 연쇄반응을 통하여 에너지를 얻는다는 점은 같다.
그러나 원자력발전소의 원자로는
붕소, 카드뮴같이 중성자를 흡수하는 물질로 만든 제어봉(control rod)으로
핵분열 연쇄반응이 천천히 일어나도록
조절 및 통제하여
필요한 만큼의 에너지를
안전하게 뽑아 쓸 수 있는 반면,
원자폭탄은 핵분열 연쇄반응을 통제하지 않고
오히려 촉진시킴으로써 급격한 연쇄반응을 일으켜
일순간에 최대한의 에너지를 방출할 수 있도록 만든 장치다.
맨해튼 계획 당시 과학자들은 세계 최초의 원자로인
CP-1(Chicago Plie-1)를 만들면서
인간이 핵분열 반응을 통제할 수 있다는 사실과
효과적인 핵분열 반응을 위해서 좀 더 농축(정제)된 우라늄-235가 필요하다는 결론을 얻었다.
한편, 과학자들은 연구를 계속하면서 아직 찾아내지 못한 93번, 94번 원소의 특성을 예측해보니
94번 원소 중 질량수가 239인 동위원소는 우라늄-235와 마찬가지로 핵분열을
할 수 있을 것이라는 예측을 했다.
이후 입자가속기인 사이클로트론을 이용해
우라늄-238을 중성자로 폭격하여
94번째 원소, 플루토늄을 발견한다.
플루토늄-239가 핵분열성 물질임이 예측되자 이 원소를 대량 생산하기 위해
(세계 최초의 플루토늄 생산 원자로인 핸포드 B 원자로)
플루토늄 생산용 원자로를 만들었다.
일반적으로 플루토늄-239는 원자로 내부에서
비핵분열성 물질인 우라늄-238이 중성자를 흡수하여
플루토늄-239로 변하게 되면서 생성되며,
사용후 핵연료(원자로에서 쓰고 남은 연료)에서 추출해낸다.
핵무기급 고순도 플루토늄을 생산하기 위해서는
플루토늄을 생산하는 원자로의 연소도가 1,000MWt-d 미만이어야 한다.
(1,000MWt-d는 핵연료를 1,000MWt의 출력으로 하루 동안 연소시킨다는 뜻,
연소도가 1MWt-d인 원자로는 하루에 약 1g의 플루토늄이 생산된다.)
일반적으로 플루토늄 생산을 위한 핵연료봉의 연소도는 100MWt~400MWt 정도이다.
그래야 고순도의 플루토늄-239를 생산할 수 있다.
핵무기급 플루토늄은
플루토늄-240 함량이 7% 미만이어야 한다.
왜냐하면 플루토늄 240은
자기 스스로 핵분열을 하는 빈도가 높기 때문에,
핵무기를 폭발시킬때 플루토늄 240이
자기 혼자 멋대로 분열해 폭발하여
플루토늄-239가 충분히 핵분열하여 최대한의 폭발력을 내기 이전에 플루토늄-239를
흩어버리기 때문에(사전 폭발),
플루토늄 240 함량은 7% 이하로 유지하는것이 좋다.
플루토늄 함량이 7%를 넘어서면 원자로급 플루토늄으로 분류한다.
플루토늄은 다양한 상태를 가지므로
주조가 어렵기 때문에,
무기용 플루토늄은
무게대비 0.8~1%의 갈륨을 함유하는 플루토늄-갈륨 합금을 정밀 주조해 만든다.
임계(Criticality)
임계(Criticality)는 핵분열 연쇄반응이 진행될 때
한 세대(Generation)에서 일어나는 핵분열 수와 다음 세대에서 일어나는 핵분열 수가 동일하여
일정한 수준의 핵분열이 지속적으로 유지되는 상태를 말한다.
원자력발전은 이 상태를 유지해 운전되고 있다.
준임계 혹은 아임계(Subcritical)는 연쇄반응에서
다음 세대의 핵분열 수가
이전 세대의 핵분열 수보다 적어져
점차적으로 핵분열이 줄어드는 상태를 말한다.
초임계(Supercritical)는
다음 세대의 핵분열 수가
이전 세대의 핵분열 수보다 많아
핵분열 수가 점점 증가하는 상태를 말한다.
이때 핵분열 수가 기하급수적으로 증가하여
핵분열 연쇄반응이 폭발적으로 일어나는 것이
바로 핵폭발이다.
임계질량(Critical Mass)
임계(지속적인 핵분열 연쇄반응) 상태 유지에 필요한 최소한의 핵물질 질량을 말하며,
핵물질의 모양과 주변 환경에 따라 달라진다.
핵분열성 물질과 혼합된 비핵분열성 물질은
중성자를 쓸데없이 흡수하는 경향이 있으며,
필요한 임계 질량의 크기를 증가시키거나
아예 달성할 수 없게 만들 수도 있다.
그렇기 때문에 위에서 언급된
농축(정제)된 우라늄-235가 필요한 것이다.
예로, 우라늄 235의 함량이 20%인
저농축 우라늄의 임계 질량은 400kg이 넘지만
고농축 우라늄의 경우 52kg만 있어도
임계 질량에 다다른다.
이렇기 때문에 우라늄-235의 비율을 높이는
"농축"이 필요한 것이다.
폭탄에 필요한 고농축 우라늄은
우라늄-235의 비율이 90% 이상이다.
또한
임계질량 달성에 필요한 핵물질의 모양은 완벽한 구형이 이상적이다.
동일한 질량으로도 원통형이나 막대형으로 만들어지면
임계질량에 도달하지 못한다.
중성자 반사재로 핵물질을 감싸거나,
핵물질이 완벽한 구(sphere)형이거나,
온도가 낮거나, 밀도가 높아질 경우 임계질량은 줄어든다.
(중성자 반사재는 핵분열 물질에서
튀어나오는 중성자를 핵분열성 물질로 반사하여
임계질량을 줄이는 역할을 한다.)
또한 핵폭탄에 필요한 초임계 상태를 유지하기 위해서는
초임계질량(Supercritical mass)이 필요한데,
초임계질량을 달성하기 위해서는
일반적으로 임계질량의 약 3배의 질량을 달성하면 된다.
혹은, 임계질량은 밀도의 제곱에 반비례(임계질량=1/밀도의 제곱)하므로
임계질량 이하의 핵물질을 압축하여 밀도를 높여
임계질량을 낮춰 질량은 그대로이지만,
밀도가 높아졌기 때문에 임계질량이 낮아지게 하여
초임계질량을 달성하게 하면 되는것이다.
핵분열에서 나오는 어마어마한 에너지를
폭탄으로 활용하기 위해서는 몇가지 조건이 필요하다.
1) 폭발하기 전에 핵분열성 물질을 아임계 상태로 유지하는것.
2) 핵분열 가능한 물질을 중성자가 없는 상태로 유지하면서 초임계 질량으로 만드는 것.
3) 임계 질량이 최적의 구성(즉, 최대 초임계 상태)에 있을 때 중성자를 주입하는 것.
4) 물질의 상당 부분이 핵분열할 때까지 핵분열성 물질 덩어리를 유지하는 것.
1번은 내가 원할때 핵물질이 초임계질량을 달성하여
내가 원할때 핵폭발이 일어나게 하는 것이다.
2번과 3번은 핵무기의 핵물질이 최대 초임계질량에 도달하기 전
핵분열이 시작되면 미리 생긴 핵분열 에너지로 인해서
핵분열성 물질이 흩어지는 상황(사전 폭발)을 막아 핵무기의 위력과
효율(들어간 핵물질양 대비 나오는 핵폭발 에너지양)을 늘리기 위한 조건이며,
4번도 핵분열성 물질이 충분히 핵분열하여 효율을 늘리기 위한 조건이다.
이러한 조건중 특히 1번 조건을 만족시키면서 사용자가 원할 때 핵물질을
초임계 질량으로 만드는 것이 핵폭탄에 있어서 매우 필수적이었다.
이러한 조건을 달성하기 위해 과학자들은
2가지의 설계를 고안해낸다.
하나는
초임계 질량의 핵분열성 물질을 두 조각으로 나눠
핵폭탄을 기폭시킬때 재래식 폭약을 사용해 두 조각을 하나로 합쳐
초임계질량을 달성하는 포신형 설계이고,
다른 하나는
핵분열성 물질을 재래식 폭약으로 압축하여 밀도를 높여
초임계 질량으로 만드는 내폭(내파)형 폭탄이다.
내파형 폭탄에 대한 단순한 사고실험을 을 해보자,
임계질량(1)에서 약간 모자라는
핵분열성 덩어리가 있다고 가정해보자.
이 덩어리를 폭발물을 이용해 밀도를 2배 늘린다 생각해보자.
그렇게 되면 임계질량 = 1/밀도의 제곱에 비례하므로
임계질량은 1/4로 줄어들게 된다.
압축된 핵분열성 덩어리는
임계질량의 약 4배에 달하는 초임계 질량이 되고
이윽고 폭발하게 된다.
이중 포신형 폭탄은 구조가 단순하여
핵실험이 필요 없지만,
내폭형 폭탄은
이렇게 플루토늄을 360도 방향으로
내파 장치로 완벽하게 쥐어짜야만 한다.
이러한 내파장치를 검증하기 위한 핵실험이 필요하다.
그렇지 않고 내폭이 비대칭적으로 일어나게 되면,
핵물질이 제대로 압축되지 않아
초임계 질량에 다다르지 않는다.
이를 위해서 정밀한 폭발 제어 회로와,
이러한 폭발 충격파를 한곳으로 집중시키는 폭발 렌즈가 필요하다.
내파(내폭)형 핵무기는 핵물질을 압축해서 임계질량을
억지로 낮추어 초임계질량을 만드는 방식이고,
핵물질이 충분히 핵분열하도록 오랫동안 잡아둘 수 있었기 때문에
핵물질 양 대비 나오는 폭발력을 따져볼 때 효율이 좋았다.
포신형 핵무기는 들어가는 핵물질의 양 대비
폭발력을 따져볼 때 효율이 좋지 않았고,
사고로 인해 두 핵물질 조각을 합치는데 쓰이는 폭약에 불이 붙어 폭발하면
그대로 핵폭발인지라 잘 쓰이지 않는 방식이 되었다.
일례로, 히로시마에 떨어진 리틀보이는
고농축 우라늄 64kg이 사용되고, 우라늄의 1.4%만 핵분열을 겪어
TNT 15kt(TNT 15000톤)급의 위력을 내었지만,
나가사키에 떨어진 팻맨은 플루토늄-239 6.4kg만이 들어갔지만,
17%의 핵물질이 핵분열을 겪어
총 TNT 20Kt(TNT 20000톤)급의 위력을 내었다.
이것만 봐도 내파형 핵폭탄의 효율이 얼마나
좋은지 감이 올 것이다.
초기의 핵무기는 다음과 같은 구조였다.
용어 설명을 잠깐 하자면 피트는 고농축 우라늄이나 플루토늄 부품을 피트라고 부른다.
여기서 템퍼의 역할에 대해 잠시 설명하자면,
핵분열중인 플루토늄 혹은 우라늄 피트, 혹은 핵융합 물질이
핵분열/융합하면서 팽창하는 것을 팽창하지 못하게 잡아주서 더 오랫동안 더 많이 반응하도록
반응 효율을 늘리는 역할을 맡는다.
고밀도 물질, 예를 들면 우라늄이나 텅스텐 같은걸로 이뤄져 있다.
이 구조에서는 내파용 고폭탄이 템퍼와 피트를 쥐어짜면서 핵분열 반응을 시작한다.
그러나 이보다 더 개선된 설계가 등장한다.
바로 템퍼와 중성재 반사재 사이에 공기층, 공극을 넣는 설계이다.
이렇게 되면 내파용 고폭탄이 템퍼를 누르고,
템퍼는 공극을 가로지르면서 가속되어
피트를 "망치처럼 때려"서 더 높은 피트의 압축을 달성하게 한다.
하지만 이것도 만족하지 못하고 더 새로운 설계가 등장한다.
바로 피트 내부에도 구멍을 뚫어주는 설계이다.
이렇게 되면 피트의 핵물질이
핵무기의 한가운데로 가속되면서 핵물질이 서로 부딪히게 된다.
이 설계부터 문제가 하나 생기는데,
핵물질 가운데에 구멍을 뚫었기 때문에
핵무기 한가운데에 놓일 중성자 발생기가 없어진다는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 입자가속기의 원리를 이용한
외부 중성자 발생기로 이 문제를 해결한다.
외부 중성자 발생기의 자세한 원리는
나중에 짧은 정보글을 쓸 예정이다.
이후 핵융합 무기(수소폭탄)에 대한 연구를 계속하면서
핵융합 연료를 핵무기 피트 내부의 구멍에 넣어보면 어떨까 하는 생각을 하게 된다.
그렇게 증폭 핵분열탄이 탄생하게 된다.
이 경우 핵무기의 내파 직전 소량(수 g)의
삼중수소+중수소 혼합 가스가 피트 내부 부스팅 캐비티로 주입되고
피트의 핵물질과 삼중수소+중수소 가스가 강한 압축과 핵분열을 겪으며
핵분열을 통한 어마어마한 양의 에너지가 발생했을때,
그때에야 삼중수소+중수소 가스는 핵융합을 시작한다.
이때 어마어마한 양의 중성자가 발생한다.
이는 피트 내부의 핵물질이 더 빠르게, 더 많이 핵분열하도록 돕고,
더 많은 핵분열 에너지가 생산되기 시작한다.
그러면 더 많은 삼중수소+중수소 가스가 핵융합하고
다시 더 많은 핵물질이 더 빠르게 더 많이 핵분열하고....
이런 계속된 시너지 효과를 핵폭탄이
자기 자신의 폭발로 분해될때까지 지속하는것이다.
그러나 삼중수소+중수소 가스가 핵융합을 겪으며 발생시키는 에너지는
TNT 수백톤급의 폭발력에 불과하다.
대부분의 에너지는 핵물질의 핵분열에서 나오게 된다.
그래서 핵융합에서 나오는 중성자로
핵분열 반응을 증폭, 부스팅 한다고 해서 "증폭 핵분열" 탄인것이다.
이 증폭핵분열탄의 경우 워낙 빠르게 핵분열이 일어나다 보니
핵물질을 오래 잡아둘 필요가 없어
앞에서 언급한 템퍼는 선택사항이 되어버린다.
이로 인해 소형화에 유리해지게 된다.
그렇기 때문에 북한의 3차 핵실험이 증폭 핵분열탄인 이유가
바로 소형화를 위해서였다.
모든 핵무기 보유국가는 핵무기의 소형화를 위해
증폭핵분열탄의 개발과 실험을 마쳤다.
물론 이 증폭핵분열탄에도 기술적 문제가 있긴 했다.
바로 주입된 중수소+삼중수소화물이
피트 내부의 플루토늄, 우라늄과 화학적으로 반응해 수소화물을 형성해버리는 것이었다.
이를 막기 위해 피트 내부에 구리를 도금하여 이 수소화물이 생성되는 문제를 해결한다.
그러다 과학자들은 핵융합 폭발력을 극대화하기 위한 방법을 고민하게 된다.
그러한 방법중 하나가 바로 알람 시계/레이어 케이크(슬로이카)
라는 핵무기 설계다.
핵무기 피트 위에다 리튬-6 중수소화물이라는 또다른 핵융합 연료를
덧씌우고 그 위해 핵융합 템퍼를 덮는 설계이다.
가운데에서 핵분열이 일어나서 발생하는 열과 중성자를 이용해
핵융합 연료를 가열/압축하여 핵융합 반응을 일으키는것이다.
물론 여기에도 위에 언급한 공극 설계를 적극 반영해
핵융합 템퍼와 리튬-6 중수소화물 사이에 공극을 넣을 수 있다.
또한 위에 언급한 설계들을 총 동원해 피트에 부스팅 캐비티를 넣고
삼중수소를 주입해 위력을 더 늘릴 수도 있다.
(공극만 넣는 설계는 러시아의 RDS-6 폭탄에 쓰인 방법이라 추정중)
게다가 이 방법은 원래 핵융합 연료를 점화하기 위해 사용했던
핵폭탄 출력을 10배로 뻥튀기 시킬 수 있었다.
이 설계의 경우 핵실험 없이도 어느정도 핵출력을 보장할 수 있어서,
이스라엘이 보유중일 것이라 추정되는 핵무기 타입이다.
그러나 이 방법도 완벽하지 않았다.
여전히 핵분열에서 방출되는 에너지 대 핵융합에서 방출되는 에너지의 비율을 따져보면
"이게 과연 핵융합 폭탄인가?"싶을 정도로 핵융합에서 방출되는 에너지가 작고,
핵융합 연료의 핵융합 연소 효율이 좋지 않았다.
그래서 진정한 의미의 수소 (핵융합) 폭탄, 즉 열핵폭탄이 등장하는데....
그 전에 잠시 신박한 설계,
기존에 잘 보지 못했을 설계의 핵무기 설계를 몇가지 보자.
첫번째로, 선형 내폭(Linear Implosion)이다.
다음과 같이 플루토늄을 압축해 핵분열 반응을 유도하는 것이다.
둘째로 SWAN 설계다.
백조 두 마리가 머리를 맞대고 있는 모습처럼 생긴 설게로,
복잡한 내파 제어용 정밀 고폭탄 폭파장치가 필요 없는 설계다.
다음과 같이 생겼다.
다음과 같이 폭발 충격파가 구형으로 수렴하도록 만들어진 1점 설계다.
하지만 이 설계는 너무 위험했다.
한쪽만 터트리면 되는데, 만약 화재가 나서 저 위의 빨간 기폭지점에서 유폭이 일어난다면?
자동으로 아주 완벽하게 구형으로 폭발력이 수렴해
원하지 않는데도 핵폭발이 발생하는 것이다.
그래서 이를 수정한 2점 설계가 등장한다.
요런 모양의 2점 설계다.
두 지점의 기폭장치를 동시에 터트려주기만 하면
이렇게 원형으로 폭발 충격파가 형성된다.
이 설계는 그나마 안전했지만, 한쪽만 터진다 해도 원래 설계한 만큼의
풀사이즈 핵폭발은 안 일어나지만,
여전히 TNT 수백톤급의 핵폭발이 일어날 만한 수준이었다.
그래서 다음과 같은 설계가 등장한다.
바로 1점 안전이다. 만약 불의의 사고로
한쪽에서만 기폭이 일어난다 해도,
"적절한 설계"를 통해서 핵물질이 완벽한 원형이 아니라
두 조각으로 나눠지게 짜부러트려지게 되어 핵물질에서
TNT 2kg 이상의 핵출력이 나오지 않게 설계를 하는것이다.
셋째로,MPI(Multi-Point Initiation)이다.
다음과 같은 설계의 폭발 분배 장치를 이용해 구 위 표면의 수많은 점에서 동시에 고폭탄 격발을 시작하는 것이다.
(래부터 반시계 방향으로 설명을 하자면,
중성자 발생기,
우라늄-235 코어(피트)
공극
비행판(Flyer plate)
고폭약
폭발분배장치(MPI, MultiPoint Initiation)
케이스 순이며,
작동 원리는
폭발 분배장치가 고폭탄 구 표면의 수많은 점에서
일제히 고폭탄을 격발하면
비행판이 공극을 가로질러
우라늄-235와 중성자 발생기를 때려 압축한다.
압축된 중성자 발생기는 중성자를 발생시켜
연쇄 핵반응을 시작시켜 핵무기를 폭발시킨다.)
이런 설계를 적용할 시에는 복잡하고 두꺼운 폭발 렌즈따윈 필요 없어지게 된다.
이란이 이런 방식으로 원자폭탄을 만드려고 시도했었다.
특이한 설계의 핵무기는 한 종류가 더 있지만, 수소(핵융합) 폭탄,
즉 열핵폭탄에 대해서 설명한 이후에야 이해가 가능하다.
그리고 이제 진정한 의미의 수소폭탄이 등장할 차례가 되었다.
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